JPH08236766A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method thereofInfo
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- JPH08236766A JPH08236766A JP7066033A JP6603395A JPH08236766A JP H08236766 A JPH08236766 A JP H08236766A JP 7066033 A JP7066033 A JP 7066033A JP 6603395 A JP6603395 A JP 6603395A JP H08236766 A JPH08236766 A JP H08236766A
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
- H10D64/20—Electrodes characterised by their shapes, relative sizes or dispositions
- H10D64/27—Electrodes not carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. gates
- H10D64/311—Gate electrodes for field-effect devices
- H10D64/411—Gate electrodes for field-effect devices for FETs
- H10D64/511—Gate electrodes for field-effect devices for FETs for IGFETs
- H10D64/512—Disposition of the gate electrodes, e.g. buried gates
- H10D64/513—Disposition of the gate electrodes, e.g. buried gates within recesses in the substrate, e.g. trench gates, groove gates or buried gates
Landscapes
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 チャネル部を溝の側面にもつMOSFETの
製造方法において、第一にチャネル部に欠陥や汚染物質
を導入することのない製造方法を得ることと、第二に溝
形状を均一にできる製造方法を得ることである。
【構成】 n+ 型半導体基板1の一主面側に低不純物濃
度のn- 型エピタキシャル層2を形成し、この表面を主
表面としてその所定領域をケミカルドライエッチングす
る。そのケミカルドライエッチングにより生じた面を含
む領域を選択酸化し、所定厚さを有する選択酸化膜を形
成する。その後、p型とn型の不純物を主表面より二重
拡散し、この二重拡散によりチャネルの長さを規定する
と同時にベース層とソース層を形成する。さらにn+ 型
半導体基板1をドレイン層とする。この二重拡散の後に
ゲート酸化膜を介してゲート電極を形成およびソース,
ドレイン電極を形成する。
(57) [Summary] [Objective] In a method of manufacturing a MOSFET having a channel portion on the side surface of a groove, firstly, to obtain a manufacturing method which does not introduce defects or contaminants into the channel portion, and secondly, It is to obtain a manufacturing method that can make the shape uniform. [Structure] An n − type epitaxial layer 2 having a low impurity concentration is formed on one main surface side of an n + type semiconductor substrate 1, and a predetermined region thereof is subjected to chemical dry etching with this surface as a main surface. A region including the surface generated by the chemical dry etching is selectively oxidized to form a selective oxide film having a predetermined thickness. After that, p-type and n-type impurities are doubly diffused from the main surface, and the channel length is defined by this doubly diffused, and at the same time, a base layer and a source layer are formed. Further, the n + type semiconductor substrate 1 is used as a drain layer. After this double diffusion, the gate electrode is formed through the gate oxide film and the source,
A drain electrode is formed.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電力用半導体素子とし
て用いられる半導体装置、すなわち縦型MOSFET(M
etal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
およびIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor
)の製造方法に関し、その単体または電力用半導体素
子を組み込んだMOSIC等に採用して好適である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device used as a power semiconductor element, that is, a vertical MOSFET (M
(etal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
And IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
It is suitable to adopt the manufacturing method (1) as a single unit or a MOSIC or the like incorporating a power semiconductor element.
【0002】[0002]
【従来の技術】縦型パワーMOSFETは、周波数特性
が優れ、スイッチング速度が速く、かつ低電力で駆動で
きる等多くの特長を有することから、近年多くの産業分
野で使用されている。たとえば、日経マグロウヒル社発
行“日経エレクトロニクス”の1986年5月19日
号,pp.165-188には、パワーMOSFETの開発の焦点
が低耐圧品および高耐圧品に移行している旨記載されて
いる。さらに、この文献には、耐圧100V以下のパワ
ーMOSFETチップのオン抵抗は、10mΩレベルま
で低くなってきていることが記載されており、この理由
として、パワーMOSFETの製造にLSIの微細加工
を利用したり、そのセルの形状を工夫したりすることに
より、面積当たりのチャネル幅が大きくとれるようにな
ったことにある旨述べられている。また、この文献には
主流であるDMOS型(二重拡散型)セルを使用した縦
型パワーMOSFETを中心にのべられている。その理
由は、DMOS型はチャネル部分にシリコンウエハの平
坦な主表面をそのまま使用することを特長とするプレー
ナプロセスにより作製されるため、歩留まりが良くコス
トが安いという製造上の利点があるからである。2. Description of the Related Art Vertical power MOSFETs have been used in many industrial fields in recent years because they have many characteristics such as excellent frequency characteristics, fast switching speed, and low power consumption. For example, in the May 19, 1986 issue of Nikkei Electronics, published by Nikkei McGraw-Hill, pp.165-188, it is stated that the focus of power MOSFET development is shifting to low withstand voltage products and high withstand voltage products. There is. Further, this document describes that the on-resistance of a power MOSFET chip having a withstand voltage of 100 V or less is reduced to the level of 10 mΩ, which is because microfabrication of LSI is used for manufacturing the power MOSFET. It is stated that the channel width per unit area can be increased by devising the shape of the cell. Further, in this document, a vertical type power MOSFET using a DMOS type (double diffusion type) cell which is the mainstream is mainly mentioned. The reason is that the DMOS type is manufactured by a planar process which is characterized in that the flat main surface of a silicon wafer is used as it is for the channel portion, and therefore has a manufacturing advantage that the yield is high and the cost is low. .
【0003】一方、縦型パワーMOSFETの普及に伴
って低損失化、低コスト化がさらに求められているが、
微細加工やセルの形状の工夫によるオン抵抗低減は限界
にきている。たとえば、特開昭63−266882号公
報によると、DMOS型においては微細加工によりユニ
ットセルの寸法を小さくしてもオン抵抗がそれ以上減少
しない極小点があり、その主原因がオン抵抗の成分を成
すJFET抵抗の増加であることが分かっている。また
DMOS型において、特開平2−86136号公報に示
されているように、現在の微細加工技術の下ではオン抵
抗が極小点をとるユニットセルの寸法は15μm付近で
ある。On the other hand, with the spread of vertical power MOSFETs, there is a demand for further reduction in loss and cost.
Reducing the on-resistance by microfabrication and devising the cell shape has reached its limit. For example, according to Japanese Patent Laid-Open No. 63-266882, the DMOS type has a minimum point at which the on-resistance does not decrease further even if the size of the unit cell is reduced by microfabrication, and the main cause is the on-resistance component. It has been found to be an increase in JFET resistance. Further, in the DMOS type, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-86136, under the current microfabrication technology, the size of the unit cell where the on-resistance has a minimum point is around 15 μm.
【0004】この限界を突破するために種々の構造が提
案されている。それらに共通した特徴は素子表面に溝を
形成し、その溝の側面にチャネル部を形成した構造であ
り、この構造により前述のJFET抵抗を大幅に減少さ
せることができる。さらに、この溝の側面にチャネル部
を形成した構造においては、ユニットセル寸法を小さく
してもJFET抵抗の増大は無視することができるた
め、特開昭63−266882号公報に記載されたよう
なユニットセル寸法の縮小に対してオン抵抗が極小点を
とるという限界が無く、15μmを切って微細加工の限
界まで小さくすることができる。Various structures have been proposed to overcome this limitation. A feature common to them is a structure in which a groove is formed on the device surface and a channel portion is formed on the side surface of the groove. This structure can greatly reduce the JFET resistance. Further, in the structure in which the channel portion is formed on the side surface of the groove, the increase in JFET resistance can be ignored even if the unit cell size is reduced, and therefore, as described in JP-A-63-266882. There is no limit that the on-resistance takes a minimum point with respect to the reduction of the unit cell size, and it can be reduced to 15 μm or less to the limit of fine processing.
【0005】このように、溝の側面にチャネル部を形成
する構造の従来の製造方法として例えば特開昭61-19966
6 号公報に開示されたようにRIEで溝を形成し、その
溝の側面にチャネル部を形成するものがある。ここで、
RIEはプロセスの制御性の優れた物理的なエッチング
である。すなわちRIEは、ガス雰囲気中に置かれた半
導体装置の上下に電極を配置して前記電極間に高周波電
力を印加すると、ガスが電子とイオンとに電離する。こ
の電極間で電子とイオンの移動度の大きな違いによって
半導体装置上部に陰極降下が生じる。そしてこの陰極降
下によって電界を生じさせ、この電界によって前記イオ
ン半導体装置方向に加速させ、被エッチング面に物理的
に衝突させてそのエネルギーで半導体装置をエッチング
するものである。そして、RIEは電離したガスを加速
させるため、前記半導体装置上に絶対値にして10V〜
500V程度の陰極降下が発生するように前記電極間に
高周波電力が印加される。RIEにおいては電離したガ
スをある一定方向に加速させるため、非常に優れた異方
性を有しサイドエッチが起こりにくいという特徴があ
る。しかしながら、RIEにおいては、物理的に電離さ
れたガスを半導体装置に衝突させるため、エッチングさ
れた面に格子欠陥が必然的に発生し、表面再結合が起こ
ることで移動度が下がり結果としてオン抵抗が増加して
しまうという問題がある。As a conventional manufacturing method of the structure in which the channel portion is formed on the side surface of the groove as described above, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 61-19966.
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 6, there is one in which a groove is formed by RIE and a channel portion is formed on the side surface of the groove. here,
RIE is a physical etching with excellent process controllability. That is, in RIE, when electrodes are arranged above and below a semiconductor device placed in a gas atmosphere and high-frequency power is applied between the electrodes, the gas is ionized into electrons and ions. Cathode drop occurs in the upper part of the semiconductor device due to a large difference in mobility of electrons and ions between the electrodes. Then, an electric field is generated by this cathode fall, and the electric field accelerates toward the ion semiconductor device, physically collides with the surface to be etched, and the energy is used to etch the semiconductor device. Since RIE accelerates the ionized gas, the absolute value on the semiconductor device is 10 V to
High frequency power is applied between the electrodes so that a cathode drop of about 500 V occurs. In RIE, since ionized gas is accelerated in a certain direction, it has a characteristic that it has very excellent anisotropy and side etching is unlikely to occur. However, in RIE, a gas that is physically ionized collides with a semiconductor device, so that lattice defects are inevitably generated on the etched surface, and surface recombination occurs, which lowers the mobility and consequently the on-resistance. There is a problem that is increased.
【0006】ここで格子欠陥が発生しにくい製造方法と
して、例えば国際公開WO93/03502号や特開昭62-12167号
に開示されたようにウエットエッチングを用いた製造方
法がある。図23はWO93/03502号に開示されたMOSF
ETの断面図であり、図24〜図35は同公報における
MOSFETの製造工程を示す断面図である。以下にそ
の製造工程を簡単に説明する。As a manufacturing method in which lattice defects are less likely to occur, there is a manufacturing method using wet etching as disclosed in, for example, International Publication WO93 / 03502 and Japanese Patent Laid-Open No. 62-12167. FIG. 23 shows a MOSF disclosed in WO93 / 03502.
24 to 35 are sectional views of the ET, and FIGS. 24 to 35 are sectional views showing the manufacturing process of the MOSFET in the publication. The manufacturing process will be briefly described below.
【0007】まず、図24に示されるように、n+ 型シ
リコンからなる半導体基板1の主表面にn- 型のエピタ
キシャル層2を成長させたウエハ21を用意する。この
半導体基板1はその不純物濃度が1020cm-3程度にな
っている。また、エピタキシャル層2はその厚さが7μ
m程度で、その不純物濃度は1016cm-3程度となって
いる。このウエハ21の主表面を熱酸化して厚さ60n
m程度のフィールド酸化膜60を形成し、その後レジス
ト膜61を堆積して公知のフォトリソ工程にてセル形成
予定位置の中央部に開口するパターンにレジスト膜61
をパターニングする。そして、このレジスト膜61をマ
スクとしてボロン(B+ )をイオン注入する。First, as shown in FIG. 24, a wafer 21 having an n − type epitaxial layer 2 grown on a main surface of a semiconductor substrate 1 made of n + type silicon is prepared. The semiconductor substrate 1 has an impurity concentration of about 10 20 cm -3 . The epitaxial layer 2 has a thickness of 7 μm.
At about m, the impurity concentration is about 10 16 cm -3 . The main surface of the wafer 21 is thermally oxidized to a thickness of 60n.
A field oxide film 60 having a thickness of about m is formed, a resist film 61 is then deposited, and the resist film 61 is formed by a known photolithography process into a pattern having an opening at the center of a cell formation planned position.
Pattern. Then, boron (B + ) is ion-implanted using the resist film 61 as a mask.
【0008】レジスト剥離後、熱拡散により図25に示
すように接合深さが3μm程度のp型拡散層62を形成
する。このp型拡散層62は最終的には後述するp型ベ
ース層16の一部となり、ドレイン・ソース間に高電圧
が印加されたとき、p型拡散層62の底辺部分で安定に
ブレークダウンを起こさせることにより、耐サージ性を
向上させる目的を果たす。After stripping the resist, a p-type diffusion layer 62 having a junction depth of about 3 μm is formed by thermal diffusion as shown in FIG. The p-type diffusion layer 62 finally becomes a part of the p-type base layer 16 described later, and when a high voltage is applied between the drain and the source, the p-type diffusion layer 62 stably breaks down at the bottom. Raising it fulfills the purpose of improving surge resistance.
【0009】次に、図25に示すように、ウエハ21の
主表面に窒化シリコン膜63を約200nm堆積し、こ
の窒化シリコン膜63をパターニングして、ピッチ幅
(ユニットセル15の寸法)aで開口する格子状の開口
パターンを形成する。なお、この開口パターンは上述の
p型拡散層62がそのピッチ間隔の中央部に位置するよ
うにマスク合わせしている。Next, as shown in FIG. 25, a silicon nitride film 63 is deposited on the main surface of the wafer 21 to a thickness of about 200 nm, and the silicon nitride film 63 is patterned to have a pitch width (dimension of the unit cell 15) a. A grid-like opening pattern for opening is formed. The opening pattern is masked so that the p-type diffusion layer 62 described above is located at the center of the pitch interval.
【0010】次に、図26に示すように、窒化シリコン
膜63をマスクとしてフィールド酸化膜60をエッチン
グし、ひきつづきn- 型エピタキシャル層2を深さ1.
5μm程度ウエットエッチングして溝64を形成する。
次に、図27に示すように、窒化シリコン膜63をマス
クとして溝64の部分を熱酸化する。これはLOCOS
(Local Oxidation of Silicon)法として良く知られた酸
化方法であり、この酸化により選択酸化膜すなわちLO
COS酸化膜65が形成され、同時にLOCOS酸化膜
65によって喰われたn- 型エピタキシャル層2の表面
にU溝50が形成され、かつ溝50の形状が確定する。Next, as shown in FIG. 26, the field oxide film 60 is etched by using the silicon nitride film 63 as a mask, and the n -- type epitaxial layer 2 is continuously formed to a depth of 1.
A groove 64 is formed by wet etching for about 5 μm.
Next, as shown in FIG. 27, the groove 64 is thermally oxidized using the silicon nitride film 63 as a mask. This is LOCOS
This is a well-known oxidation method known as the (Local Oxidation of Silicon) method.
The COS oxide film 65 is formed, and at the same time, the U groove 50 is formed on the surface of the n − type epitaxial layer 2 which is eaten by the LOCOS oxide film 65, and the shape of the groove 50 is determined.
【0011】次に、図28に示すように、LOCOS酸
化膜65をマスクとして、薄いフィールド酸化膜60を
透過させてp型ベース層16を形成するためのボロンを
イオン注入する。このとき、LOCOS酸化膜65とフ
ィールド酸化膜60の境界部分が自己整合位置になり、
イオン注入される領域が正確に規定される。次に、図2
9に示すように、接合深さ3μm程度まで熱拡散する。
この熱拡散により、図25に示す工程において前もって
形成したp型拡散層62と、図28に示す工程において
注入されたボロンの拡散層が一体になり、一つのp型ベ
ース層16を形成する。また、p型ベース層16の領域
の両端面はU溝50の側壁の位置で自己整合的に規定さ
れる。Next, as shown in FIG. 28, boron is ion-implanted to form the p-type base layer 16 through the thin field oxide film 60 using the LOCOS oxide film 65 as a mask. At this time, the boundary portion between the LOCOS oxide film 65 and the field oxide film 60 becomes a self-aligned position,
The region to be ion-implanted is precisely defined. Next, FIG.
As shown in FIG. 9, heat is diffused to a junction depth of about 3 μm.
By this thermal diffusion, the p-type diffusion layer 62 previously formed in the step shown in FIG. 25 and the boron diffusion layer implanted in the step shown in FIG. 28 are integrated to form one p-type base layer 16. Further, both end faces of the region of the p-type base layer 16 are defined by the positions of the side walls of the U groove 50 in a self-aligned manner.
【0012】次に、図30に示すように、格子状のパタ
ーンでウエハ21表面に形成されているLOCOS酸化
膜65により囲まれたp型ベース層16表面中央部に残
されたパターンでパターニングされたレジスト膜66と
LOCOS酸化膜65をともにマスクとして、薄いフィ
ールド酸化膜60を透過させてn+ 型ソース層4を形成
するためのリンをイオン注入する。この場合も図28に
示す工程においてボロンをイオン注入した場合と同様
に、LOCOS酸化膜65とフィールド酸化膜60の境
界部分が自己整合位置になり、イオン注入される領域が
正確に規定される。Next, as shown in FIG. 30, patterning is performed with a pattern left in the central portion of the surface of the p-type base layer 16 surrounded by the LOCOS oxide film 65 formed on the surface of the wafer 21 in a grid pattern. Using both the resist film 66 and the LOCOS oxide film 65 as a mask, phosphorus is ion-implanted through the thin field oxide film 60 to form the n + -type source layer 4. In this case as well, similar to the case where boron is ion-implanted in the step shown in FIG. 28, the boundary portion between the LOCOS oxide film 65 and the field oxide film 60 becomes a self-aligned position, and the ion-implanted region is accurately defined.
【0013】次に、図31に示すように、接合深さ0.
5〜1μm熱拡散し、n+ 型ソース層4を形成し、同時
にチャネル5も設定する。この熱拡散において、n+ 型
ソース層4の領域のU溝50に接した端面は、U溝50
の側壁の位置で自己整合的に規定される。以上、図28
〜図31の工程によりp型ベース層16の接合深さとそ
の形状が確定する。Next, as shown in FIG. 31, a junction depth of 0.
Heat diffusion is performed for 5 to 1 μm to form the n + type source layer 4, and at the same time, the channel 5 is set. In this thermal diffusion, the end surface in contact with the U groove 50 in the region of the n + type source layer 4 has a U groove 50.
Is defined in a self-aligned manner at the position of the side wall. 28
~ The junction depth of the p-type base layer 16 and its shape are determined by the process of FIG.
【0014】次に、図32に示すように、LOCOS酸
化膜65をウェットエッチングにより除去してU溝50
の内壁51を露出させ、その後熱酸化により厚さ60n
m程度のゲート酸化膜8を形成する。次に、図33に示
すように、ウエハ21の主表面に厚さ400nm程度の
ポリシリコン膜を堆積する。Next, as shown in FIG. 32, the LOCOS oxide film 65 is removed by wet etching to remove the U groove 50.
The inner wall 51 of the is exposed, and then thermal oxidation is performed to a thickness of 60 n.
A gate oxide film 8 of about m is formed. Next, as shown in FIG. 33, a polysilicon film having a thickness of about 400 nm is deposited on the main surface of wafer 21.
【0015】次に、図34に示すように、パターニング
されたレジスト膜68をマスクとして酸化膜67を透過
してp+ 型ベースコンタクト層17を形成するためのボ
ロンをイオン注入する。次に、図35に示すように、接
合深さ0.5μm程度熱拡散し、p+ 型ベースコンタク
ト層17を形成する。Next, as shown in FIG. 34, boron is ion-implanted through the oxide film 67 using the patterned resist film 68 as a mask to form the p + -type base contact layer 17. Next, as shown in FIG. 35, a junction depth of about 0.5 μm is thermally diffused to form ap + type base contact layer 17.
【0016】そして、図23(b)に示すように、ウエ
ハ21の主表面にBPSG(BoronPhosphate Silicate
Glass)からなる層間絶縁膜18を形成し、その一部に
コンタクト穴開けを行いp+ 型ベースコンタクト層17
とn+ 型ソース層4を露出させる。さらに、アルミニウ
ム膜からなるソース電極19を形成し、前記コンタクト
穴を介してp+ 型ベースコンタクト層17とn+ 型ソー
ス層4とにオーミック接触させる。さらに、アルミニウ
ム膜保護用としてプラズマCVD法等により窒化シリコ
ン等よりなるパッシベーション膜(図示略)を形成し、
また、ウエハ21の裏面にはTi/Ni/Auの3層膜
からなるドレイン電極20を形成し、n + 型半導体基板
1にオーミック接触をとる。Then, as shown in FIG.
BPSG (BoronPhosphate Silicate) on the main surface of Ha 21
Interlayer insulating film 18 made of glass) is formed on a part of it
Make contact holes p+Mold base contact layer 17
And n+The mold source layer 4 is exposed. In addition,
The source electrode 19 made of a film is formed, and the contact
P through the hole+Type base contact layer 17 and n+Type saw
And ohmic contact with the layer 4. In addition,
Silicon nitride for plasma film protection by plasma CVD
Forming a passivation film (not shown) of
In addition, a Ti / Ni / Au three-layer film is formed on the back surface of the wafer 21.
A drain electrode 20 composed of +Type semiconductor substrate
Make ohmic contact with 1.
【0017】[0017]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記WO93
/03502号公報や特開昭62-12167号公報に開示された製造
方法は、等方性エッチングであるウエットエッチングを
用いているため、所望の幅以上にエッチングする所謂サ
イドエッチが起こり、また液ムラによりウエハ面内で均
一に安定した深さの溝を形成することができず、プロセ
スの制御性が悪いという問題がある。However, the above-mentioned WO93 is used.
Since the manufacturing method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 03502 or JP-A-62-12167 uses wet etching, which is isotropic etching, so-called side etching for etching to a desired width or more occurs, and Due to the unevenness, it is not possible to form a groove having a uniform and stable depth in the wafer surface, and there is a problem that the controllability of the process is poor.
【0018】また、ウエハ面内での溝の形状が不均一で
あるために、FETの電気特性のばらつきが大きいとい
う問題がある。この溝形状の不均一はLOCOS酸化を
行う前に行うエッチング工程で、溝形状がウエハ面内で
ばらつくためと考えられる。チャネル溝を、LOCOS
酸化のみで形成することも考えられるが、LOCOS酸
化時間の増大によるチャネル部への欠陥の導入が増え、
また溝の側面の角度が30度程度になだらかになってし
まい、セルの微細化ができなくなり、オン電圧の低下を
望めなくなってしまう。また、LOCOS酸化のみでチ
ャネル溝を形成すると、Siが酸化すると体積が約2倍
になるという性質上、チャネル部に歪みが生じる可能性
もある。従って、このLOCOS酸化を行う前に行うエ
ッチング工程、すなわち初期溝形成工程は是非とも必要
な工程である。Further, since the shape of the groove in the wafer surface is not uniform, there is a problem in that the electric characteristics of the FET vary widely. It is considered that the non-uniformity of the groove shape is due to the variation of the groove shape in the wafer surface in the etching process performed before the LOCOS oxidation. Channel groove, LOCOS
Although it may be possible to form only by oxidation, the introduction of defects into the channel portion increases due to the increase in LOCOS oxidation time,
Further, the angle of the side surface of the groove becomes about 30 degrees, which makes it impossible to miniaturize the cell and makes it impossible to expect a decrease in the on-voltage. Further, if the channel groove is formed only by LOCOS oxidation, the volume may be doubled when Si is oxidized, so that the channel portion may be distorted. Therefore, the etching step performed before the LOCOS oxidation, that is, the initial groove forming step is absolutely necessary.
【0019】このような観点から、縦型MOSFET
を、低オン電圧でかつウエハ面内での電気特性の均一性
を維持したまま製造するためには、初期溝を形成後、チ
ャネル部に欠陥や汚染物質を導入せずLOCOS酸化
し、なおかつ溝形状をウエハ面内で均一になるようにL
OCOS酸化膜を除去する必要がある。しかしながら、
上記公報においては、チャネルの欠陥を少なくすること
と、チャネル溝の形状を正確に制御することを同時にで
きないという問題があった。From this point of view, the vertical MOSFET
In order to manufacture the semiconductor with a low on-voltage and while maintaining the uniformity of the electrical characteristics within the wafer surface, after the initial groove is formed, LOCOS oxidation is performed without introducing defects or contaminants into the channel portion, and L so that the shape is uniform on the wafer surface
It is necessary to remove the OCOS oxide film. However,
In the above publication, there is a problem that it is not possible to reduce the number of channel defects and accurately control the shape of the channel groove at the same time.
【0020】本発明は、上記問題に鑑みたものであり、
その目的はチャネル部を溝の側面にもつMOSFETの
製造方法において、チャネル部の欠陥を少なくし、また
溝形状を正確に制御できる製造方法及びその半導体装置
を得ることである。The present invention has been made in view of the above problems,
It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a MOSFET having a channel portion on the side surface of a groove, in which defects in the channel portion can be reduced and the shape of the groove can be accurately controlled, and a semiconductor device thereof.
【0021】[0021]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に構成された請求項1記載の半導体装置の製造方法は、
半導体基板上に配置された第1導電型の半導体層の主表
面上に、所定領域に開口部を有するマスクを形成するマ
スク形成工程と、前記マスクの開口部を通して前記半導
体層をケミカルドライエッチングし、前記半導体層に、
前記開口部よりも広い入口部分、前記主表面と略平行の
底面、及び前記入口部分と前記底面とをつなぐ側面、を
有する第1の溝を形成するケミカルドライエッチング工
程と、前記第1の溝を含む領域を酸化することにより、
前記第1の溝の表面に所定厚さの酸化膜を形成する酸化
工程と、前記酸化膜に接する前記半導体層表面を含むよ
うに前記主表面側から第2導電型の不純物を導入して前
記半導体層内に第2導電型のベース層を形成し、前記ベ
ース層内に前記主表面側から第1導電型の不純物を導入
して第1導電型のソース層を形成し、かかるソース層形
成時に前記ベース層の側壁にチャネル領域を形成する不
純物導入工程と、前記酸化膜を除去して、前記第1の溝
よりも深い所定深さを有する第2の溝を形成する酸化膜
除去工程と、少なくとも前記ソース層と前記半導体層と
の間の前記第2の溝表面にゲート絶縁膜を介してゲート
電極を形成し、前記ソース層及び前記ベース層に電気的
に接触するソース電極を形成し、前記半導体基板に電気
的に接触するドレイン電極を形成する電極形成工程とを
含むことを特徴としている。A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, which is configured to achieve the above object, comprises:
A mask forming step of forming a mask having an opening in a predetermined region on the main surface of the semiconductor layer of the first conductivity type disposed on the semiconductor substrate, and chemical dry etching the semiconductor layer through the opening of the mask. , The semiconductor layer,
A chemical dry etching step of forming a first groove having an inlet portion wider than the opening, a bottom surface substantially parallel to the main surface, and a side surface connecting the inlet portion and the bottom surface; and the first groove By oxidizing the region containing
An oxidizing step of forming an oxide film having a predetermined thickness on the surface of the first groove; and introducing an impurity of the second conductivity type from the main surface side so as to include the semiconductor layer surface in contact with the oxide film. A second conductive type base layer is formed in the semiconductor layer, and a first conductive type impurity is introduced into the base layer from the main surface side to form a first conductive type source layer. Sometimes an impurity introducing step of forming a channel region on the sidewall of the base layer, and an oxide film removing step of removing the oxide film to form a second groove having a predetermined depth deeper than the first groove. Forming a gate electrode on at least the surface of the second groove between the source layer and the semiconductor layer via a gate insulating film, and forming a source electrode in electrical contact with the source layer and the base layer. A drain that makes electrical contact with the semiconductor substrate. It is characterized by comprising an electrode forming step of forming a down electrode.
【0022】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明における
前記ケミカルドライエッチング工程が等方性エッチング
工程であることを特徴としている。また、上記目的を達
成するために構成された請求項3記載の発明は、請求項
1乃至請求項2記載の発明における前記ケミカルドライ
エッチング工程は、四フッ化炭素と酸素とを含むガス系
でエッチングする工程からなることを特徴としている。The invention according to claim 2 which is configured to achieve the above object is characterized in that the chemical dry etching step in the invention according to claim 1 is an isotropic etching step. Further, the invention according to claim 3 configured to achieve the above object is the chemical dry etching step in the invention according to claim 1 or 2, wherein the chemical dry etching step is a gas system containing carbon tetrafluoride and oxygen. It is characterized by comprising an etching process.
【0023】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項4記載の発明は、請求項1乃至請求項2記載の
発明における前記ケミカルドライエッチング工程は、C
Cl 4 ,Cl2 ,SF6 ,CFCl3 ,CF2 Cl2 ,
CF3 Cl,CHF3 ,C2ClF5 ,F2 ,NF3 ,
BCl3 の内の何れか一つもしくは複数を含むガス系で
エッチングする工程からなることを特徴としている。Further, it is configured to achieve the above object.
The invention according to claim 4 relates to the invention according to claim 1 or claim 2.
In the invention, the chemical dry etching step is
Cl Four, Cl2, SF6, CFCl3, CF2Cl2,
CF3Cl, CHF3, C2ClFFive, F2, NF3,
BCl3Gas system containing any one or more of
It is characterized by comprising an etching process.
【0024】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項5記載の発明は、請求項1乃至請求項4記載の
発明における前記ケミカルドライエッチング工程は、電
離されたガス雰囲気中において、前記半導体層の上方で
の陰極降下が実質的にない状態で行われることを特徴と
している。また、上記目的を達成するために構成された
請求項6記載の発明は、請求項1乃至請求項4記載の発
明における前記ケミカルドライエッチング工程は、電離
されたガス雰囲気中において、前記半導体層の上方での
陰極降下の絶対値が、10V未満の状態で行われること
を特徴としている。According to the invention of claim 5 which is configured to achieve the above object, the chemical dry etching step of the inventions of claims 1 to 4 is characterized in that the chemical dry etching step is performed in an ionized gas atmosphere. It is characterized in that the cathode drop above the semiconductor layer is substantially absent. Further, the invention according to claim 6 configured to achieve the above object, the chemical dry etching step in the invention according to claims 1 to 4 is characterized in that the semiconductor layer is formed in an ionized gas atmosphere. It is characterized in that the absolute value of the cathode drop at the upper side is performed in a state of less than 10V.
【0025】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項7記載の発明は、請求項1乃至請求項6記載の
発明における前記酸化工程は、前記第1の溝を含む領域
を選択酸化することにより、前記第1の溝の表面、およ
び前記マスクと前記半導体基板との間に所定厚さの選択
酸化膜を形成する選択酸化工程からなり、前記不純物導
入工程は、前記選択酸化膜に接する前記半導体層表面を
含むように前記主表面側から前記第2導電型の不純物を
導入して前記半導体層内に第2導電型の前記ベース層を
形成し、前記ベース層内に前記主表面側から前記第1導
電型の不純物を導入して第1導電型の前記ソース層を形
成する工程からなり、前記酸化膜除去工程は、前記選択
酸化膜を除去して、前記第1の溝よりも深い所定深さを
有する第2の溝を形成する選択酸化膜除去工程からなる
ことを特徴としている。According to a seventh aspect of the present invention configured to achieve the above object, the oxidizing step in the first to sixth aspects of the invention is characterized in that the region including the first groove is selectively oxidized. This comprises a selective oxidation step of forming a selective oxide film of a predetermined thickness between the surface of the first groove and the mask and the semiconductor substrate, and the impurity introduction step is performed on the selective oxide film. Impurities of the second conductivity type are introduced from the main surface side so as to include the surface of the semiconductor layer in contact with the semiconductor layer to form the second conductivity type base layer, and the main surface is formed in the base layer. The step of introducing the impurity of the first conductivity type from the side to form the source layer of the first conductivity type, and the step of removing the oxide film removes the selective oxide film, A second groove with a deeper predetermined depth It is characterized by comprising a selective oxide film removing step of forming.
【0026】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項8記載の発明は、請求項7記載の発明における
前記選択酸化工程は、前記マスク形成工程で形成した前
記マスクを用いて選択酸化することを特徴としている。
また、上記目的を達成するために構成された請求項9記
載の発明は、請求項7乃至請求項8記載の発明における
前記選択酸化工程は、前記第1の溝の表面、および前記
マスクと前記半導体層との間に所定厚さの選択酸化膜を
形成することを特徴としている。According to the invention of claim 8 which is configured to achieve the above object, the selective oxidation step in the invention of claim 7 uses the mask formed in the mask forming step to selectively oxidize. It is characterized by doing.
Further, the invention according to claim 9 configured to achieve the above-mentioned object, the selective oxidation step in the invention according to claim 7 to claim 8, the surface of the first groove, and the mask and the It is characterized in that a selective oxide film having a predetermined thickness is formed between the semiconductor layer and the semiconductor layer.
【0027】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項10記載の発明は、請求項7乃至請求項8記載
の発明における前記選択酸化工程は、前記ケミカルドラ
イエッチング工程により生じた前記第1の溝を含む領域
を選択酸化することにより、前記第1の溝表面に所定厚
さの第1の選択酸化膜を形成し、また前記マスクと前記
半導体基板との間に前記入口部分から遠ざかる程薄くな
る第2の選択酸化膜を形成する工程からなることを特徴
としている。According to a tenth aspect of the present invention configured to achieve the above object, the selective oxidation step in the invention according to the seventh to eighth aspects is the first step which is generated by the chemical dry etching step. By selectively oxidizing a region including the first groove, a first selective oxide film having a predetermined thickness is formed on the surface of the first groove, and the area between the mask and the semiconductor substrate is separated from the entrance portion. It is characterized by comprising a step of forming a second selective oxide film which becomes thinner.
【0028】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項11記載の発明は、請求項1乃至請求項10記
載の発明における前記酸化膜除去工程は、水溶液中で前
記酸化膜の表面を水素で終端させながら前記酸化膜を除
去して、前記所定深さを有する第1の溝を形成した後、
前記水素で終端させた前記第1の溝表面を、酸素を含む
気体中で酸化させて前記第1の溝の表面に保護用の酸化
膜を形成する工程であることを特徴としている。According to the invention of claim 11 which is configured to achieve the above object, the step of removing the oxide film in the invention of claims 1 to 10 involves removing the surface of the oxide film in an aqueous solution. After the oxide film is removed while terminating with hydrogen to form a first groove having the predetermined depth,
It is characterized in that the step of oxidizing the surface of the first groove terminated with hydrogen in a gas containing oxygen to form a protective oxide film on the surface of the first groove.
【0029】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項12記載の発明は、請求項11記載の発明にお
ける前記酸化膜除去工程は、弗酸を含む水溶液中で前記
酸化膜の表面に発生するダングリングボンドを水素で終
端させながら、前記酸化膜を除去することを特徴として
いる。また、上記目的を達成するために構成された請求
項13記載の発明は、第1導電型の半導体基板の主表面
上に、所定領域に開口部を有するマスクを形成するマス
ク形成工程と、前記マスクの開口部を通して前記半導体
基板をエッチングし、前記半導体基板に、前記開口部よ
りも広い入口部分を有する第1の溝を形成するエッチン
グ工程と、前記第1の溝を含む領域を選択酸化すること
により、前記第1の溝の表面、および前記マスクと前記
半導体基板との間に所定厚さの選択酸化膜を形成する選
択酸化工程と、前記選択酸化膜の側面に接する前記半導
体基板表面を含むように前記主表面側から第2導電型の
不純物を拡散させて第2導電型のベース層を形成し、前
記ベース層内に前記主表面側から第1導電型の不純物を
拡散させて第1導電型のソース層を形成し、前記ベース
層の側壁にチャネルを形成する不純物導入工程と、水溶
液中で前記選択酸化膜の表面を水素で終端させながら前
記選択酸化膜を除去して、前記第1の溝よりも深い所定
深さを有する第2の溝を形成した後、前記水素で終端さ
せた前記第2の溝表面を、酸素を含む気体中で酸化させ
て前記第2の溝の表面に保護用の酸化膜を形成する選択
酸化膜除去工程と、前記第2の溝表面にゲート酸化膜を
介してゲート電極を形成し、前記ソース層及び前記ベー
ス層に電気的に接触するソース電極を形成し、前記半導
体基板の他主面側に電気的に接触するドレイン電極とを
形成する電極形成工程とを含むことを特徴としている。According to the invention of claim 12 which is configured to achieve the above object, the step of removing the oxide film according to the invention of claim 11 comprises the step of removing the oxide film on the surface of the oxide film in an aqueous solution containing hydrofluoric acid. It is characterized in that the oxide film is removed while terminating the generated dangling bond with hydrogen. The invention according to claim 13 which is configured to achieve the above object, comprises a mask forming step of forming a mask having an opening in a predetermined region on the main surface of the first conductivity type semiconductor substrate; An etching step of etching the semiconductor substrate through an opening of a mask to form a first groove having an entrance portion wider than the opening in the semiconductor substrate, and selectively oxidizing a region including the first groove. Thereby, the surface of the first groove, the selective oxidation step of forming a selective oxide film having a predetermined thickness between the mask and the semiconductor substrate, and the surface of the semiconductor substrate in contact with the side surface of the selective oxide film are performed. A second conductivity type impurity is diffused from the main surface side so as to form a second conductivity type base layer, and a first conductivity type impurity is diffused from the main surface side into the base layer. 1 conductivity type A step of forming an impurity layer and forming a channel on the side wall of the base layer, and removing the selective oxide film while terminating the surface of the selective oxide film with hydrogen in an aqueous solution. After forming a second groove having a predetermined depth deeper than the groove, the surface of the second groove terminated with the hydrogen is oxidized in a gas containing oxygen to protect the surface of the second groove. A selective oxide film removing step of forming an oxide film for use, a gate electrode is formed on the surface of the second groove through the gate oxide film, and a source electrode electrically contacting the source layer and the base layer is formed. And an electrode forming step of forming a drain electrode in electrical contact with the other main surface side of the semiconductor substrate.
【0030】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項14記載の発明は、請求項1乃至請求項13記
載の発明における前記電極形成工程は、前記第2の溝の
内壁を酸化してゲート酸化膜を形成し、このゲート酸化
膜上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、前
記ソース層および前記ベース層にともに電気的に接触す
るソース電極を形成し、前記半導体基板の他主面側に電
気的に接触するドレイン電極とを形成するソース・ドレ
イン電極形成工程とからなることを特徴としている。According to a fourteenth aspect of the invention configured to achieve the above object, the electrode forming step in the first to thirteenth aspects of the invention oxidizes an inner wall of the second groove. Forming a gate oxide film on the gate oxide film, forming a gate electrode on the gate oxide film, and forming a source electrode in electrical contact with both the source layer and the base layer. It is characterized by comprising a source / drain electrode forming step of forming a drain electrode electrically contacting the main surface side.
【0031】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項15記載の発明は、請求項7乃至請求項14記
載の発明における前記不純物導入工程は、前記選択酸化
膜と自己整合的に前記主表面側から前記第2導電型の不
純物を拡散させて前記第1の溝表面に前記ベース層を形
成し、また前記選択酸化膜と自己整合的に前記主表面側
から前記ベース層内に前記第1導電型の不純物を拡散さ
せることで前記ソース層を形成することを特徴としてい
る。According to a fifteenth aspect of the invention configured to achieve the above object, the impurity introducing step according to the seventh aspect of the invention is the self-alignment with the selective oxide film. The base layer is formed on the surface of the first groove by diffusing the second conductivity type impurity from the main surface side, and the base layer is formed in the base layer from the main surface side in a self-aligning manner with the selective oxide film. The source layer is formed by diffusing an impurity of the first conductivity type.
【0032】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項16記載の発明は、請求項1乃至請求項15記
載の発明における前記酸化膜除去工程は、少なくとも前
記酸化膜の表面には光が照射されない状態で前記酸化膜
を除去する工程であることを特徴としている。また、上
記目的を達成するために構成された請求項17記載の発
明は、請求項1乃至請求項16記載の発明における前記
半導体層はシリコンからなり、さらに前記酸化膜除去工
程は、前記酸化膜を除去して得られた第2の溝の側面の
チャネル形成部の面方位が{110}面,{100}面
の何れか一つとなるように前記酸化膜を除去する工程で
あることを特徴としている。According to a sixteenth aspect of the present invention, which is configured to achieve the above object, the oxide film removing step according to the first to fifteenth aspects of the invention is characterized in that at least the surface of the oxide film is exposed to light. It is characterized in that it is a step of removing the oxide film in a state where the irradiation is not performed. According to a seventeenth aspect of the invention, which is configured to achieve the above object, the semiconductor layer according to the first to sixteenth aspects is made of silicon, and the oxide film removing step further comprises the oxide film. Of removing the oxide film so that the surface orientation of the channel formation portion on the side surface of the second groove obtained by removing the oxide film is either the {110} surface or the {100} surface. I am trying.
【0033】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項18記載の発明は、請求項1乃至請求項16記
載の発明における前記半導体層はシリコンからなり、さ
らに前記酸化膜除去工程は、前記酸化膜を除去して得ら
れた第2の溝の側面のチャネル形成部の面方位が{11
1}面となるように前記酸化膜を除去する工程であるこ
とを特徴としている。According to the invention of claim 18 which is configured to achieve the above object, the semiconductor layer in the invention of claims 1 to 16 is made of silicon, and the oxide film removing step further comprises: The surface orientation of the channel forming portion on the side surface of the second groove obtained by removing the oxide film is {11
It is characterized in that it is a step of removing the oxide film so as to form a 1} plane.
【0034】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項19記載の発明は、請求項18記載の発明にお
ける前記酸化膜除去工程は、PHが4より大きい溶液で
前記酸化膜を除去する工程であることを特徴としてい
る。上記目的を達成するために構成された請求項20記
載の半導体装置は、第1導電型の半導体基板と、前記半
導体基板の主表面側に形成され、ケミカルドライエッチ
ングと該ケミカルドライエッチングの後にLOCOS酸
化を施すことにより形成されるとともに、所定の入口幅
を有する入口、前記主表面と略平行な面を有する底面、
及び前記入口と前記底面とを連続的に結ぶ側面、からな
る溝部と、前記溝部における前記側面を含み、前記主表
面側から所定深さまで形成された第2導電型のベース層
と、前記ベース層内における前記主表面側に形成され、
前記溝部における前記側面にチャネル領域を形成させる
ソース層と、前記溝部の前記側面及び前記底面を含む領
域に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを
備えることを特徴としている。According to a nineteenth aspect of the invention configured to achieve the above object, the oxide film removing step according to the eighteenth aspect of the invention is to remove the oxide film with a solution having a PH of more than 4. It is characterized by being a process. The semiconductor device according to claim 20, which is configured to achieve the above object, is formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type and a main surface side of the semiconductor substrate, and is subjected to chemical dry etching and LOCOS after the chemical dry etching. An inlet having a predetermined inlet width, which is formed by applying oxidation, a bottom surface having a surface substantially parallel to the main surface,
And a second conductive type base layer formed to a predetermined depth from the main surface side and including a side surface of the groove portion, and a side surface that continuously connects the inlet and the bottom surface, and the base layer. Is formed on the main surface side in
A source layer for forming a channel region on the side surface of the groove portion, and a gate electrode formed in a region including the side surface and the bottom surface of the groove portion via a gate insulating film are provided.
【0035】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項21記載の発明は、請求項20記載の半導体装
置の前記溝部は、前記主表面から前記入口幅の1/2以
下の深さを有することを特徴としている。また、上記目
的を達成するために構成された請求項22記載の発明
は、請求項20乃至請求項21記載の半導体装置の前記
半導体基板の面方位は、{100}面であることを特徴
としている。According to a twenty-first aspect of the present invention, which is configured to achieve the above object, the groove portion of the semiconductor device according to the twentieth aspect has a depth of 1/2 or less of the entrance width from the main surface. It is characterized by having. Further, the invention according to claim 22 configured to achieve the above object is characterized in that the plane orientation of the semiconductor substrate of the semiconductor device according to any one of claims 20 to 21 is a {100} plane. There is.
【0036】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項23記載の発明は、請求項20乃至請求項22
記載の半導体装置の前記半導体基板、前記ベース層及び
前記ソース層はそれぞれシリコンからなり、更に前記溝
部の前記側面における前記チャネル領域の面方位は、
{111}面もしくは{111}面に近い面であること
を特徴としている。Further, the invention according to claim 23, which is configured to achieve the above object, provides claims 20 to 22.
The semiconductor substrate of the semiconductor device according to, the base layer and the source layer are each made of silicon, and further, the plane orientation of the channel region on the side surface of the groove is:
It is characterized by being a {111} plane or a plane close to the {111} plane.
【0037】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項24記載の発明は、請求項20乃至請求項21
記載の半導体装置の前記半導体基板、前記ベース層及び
前記ソース層はそれぞれシリコンからなり、更に前記溝
部の前記側面における前記チャネル領域の面方位は、
{110}面、{110}面に近い面、{100}面、
{100}面に近い面の何れか一つの面であることを特
徴としている。The invention according to claim 24, which is configured to achieve the above object, provides claims 20 to 21.
The semiconductor substrate of the semiconductor device according to, the base layer and the source layer are each made of silicon, and further, the plane orientation of the channel region on the side surface of the groove is:
{110} plane, plane close to {110} plane, {100} plane,
It is characterized in that it is one of the planes close to the {100} plane.
【0038】また、上記目的を達成するために構成され
た請求項25記載の発明は、請求項20記載の半導体装
置の前記溝部は、前記半導体基板をケミカルドライエッ
チングして初期溝を形成し、その後、前記初期溝を含む
領域を酸化することにより前記初期溝の表面に所定厚さ
の酸化膜を形成し、前記酸化膜をエッチング除去するこ
とで形成されたものであることを特徴としている。According to a twenty-fifth aspect of the invention configured to achieve the above object, the groove portion of the semiconductor device according to the twentieth aspect forms an initial groove by chemical dry etching the semiconductor substrate, After that, a region including the initial groove is oxidized to form an oxide film having a predetermined thickness on the surface of the initial groove, and the oxide film is removed by etching.
【0039】上記目的を達成するために構成された請求
項26記載の発明は、請求項20記載の半導体装置の前
記溝部はバスタブ形状であることを特徴としている。According to a twenty-sixth aspect of the present invention configured to achieve the above object, the groove portion of the semiconductor device according to the twentieth aspect has a bathtub shape.
【0040】[0040]
【作用および発明の効果】上記のように構成された請求
項1の発明によれば、選択酸化に先立ち低濃度の半導体
層の表面の所定領域をケミカルドライエッチング法によ
り除去する。ケミカルドライエッチング法はドライエッ
チング法の一種でありプロセスの制御性が高く、ウエハ
面内で均一なエッチングがおこなえ、再現性も高い。ま
たケミカルドライエッチング法はドライエッチングプロ
セスのなかでは比較的被エッチング面に与えるダメージ
が小さい。そして、このケミカルドライエッチングの後
に第1の溝表面を酸化する。ここで酸化をする場合、酸
化が開始される第1の溝の表面により、結果として得ら
れる半導体層の酸化膜との境界面の状態が異なるものと
なる。即ち、RIE等の物理的エッチングでエッチング
された面を酸化させても、格子欠陥が生じたまま酸化が
進行し、結果として得られる半導体層の表面は格子欠陥
が残ってしまう。しかしながら、本発明においては第1
の溝表面をケミカルドライエッチング法を用いることに
より、高い欠陥の少ない表面を有する第1の溝が形成さ
れ、その表面を酸化させるため、酸化が開始される時か
ら均一に酸化され、結果として得られる第2の溝の表面
も欠陥の少ない表面を得ることができる。そして、この
第2の溝の表面をチャネル領域として使用するため、低
いオン抵抗を得ることができる。また、チャネル領域用
の溝としての第2の溝を形成するために、ケミカルドラ
イエッチングと酸化という2段階の工程を踏んでいるた
め、所望の幅の第2の溝を得たい場合は、酸化させる幅
を制御すれば良いので、溝形状も正確に制御することが
できる。According to the first aspect of the present invention configured as described above, a predetermined region on the surface of the low-concentration semiconductor layer is removed by the chemical dry etching method before the selective oxidation. The chemical dry etching method is a kind of dry etching method and has high process controllability, uniform etching can be performed on the wafer surface, and reproducibility is also high. Further, in the chemical dry etching method, the damage given to the surface to be etched is relatively small in the dry etching process. Then, after this chemical dry etching, the surface of the first groove is oxidized. When oxidation is performed here, the state of the boundary surface between the resulting semiconductor layer and the oxide film differs depending on the surface of the first groove where the oxidation is started. That is, even if the surface etched by physical etching such as RIE is oxidized, the oxidation proceeds while the lattice defects are generated, and the resulting semiconductor layer has the lattice defects left. However, in the present invention, the first
By using the chemical dry etching method on the groove surface of No. 1, a first groove having a surface with few high defects is formed, and since the surface is oxidized, it is uniformly oxidized from the time when the oxidation is started, and the result is obtained. The surface of the second groove to be formed can also be a surface with few defects. Since the surface of the second groove is used as the channel region, low on-resistance can be obtained. Further, in order to form the second groove as the groove for the channel region, a two-step process of chemical dry etching and oxidation is performed. Therefore, when it is desired to obtain the second groove having a desired width, the oxidation is performed. Since it is only necessary to control the width of the groove, it is possible to accurately control the groove shape.
【0041】また、請求項2記載の発明によれば、ケミ
カルドライエッチング工程が等方性であるので、第1の
溝に角がなくなり、このため酸化により形成される第2
の溝にも角がなくなる。このためドレイン・ソース間耐
圧が向上する。また、請求項3記載の発明によれば、ケ
ミカルドライエッチング工程が四フッ化炭素と酸素をガ
ス中に含むため、四フッ化炭素と酸素の比によりプロセ
スを正確に再現性良く行うことができる。According to the second aspect of the invention, since the chemical dry etching process is isotropic, the first groove has no corners, and thus the second groove formed by oxidation is formed.
There are no corners in the groove. Therefore, the breakdown voltage between the drain and the source is improved. Further, according to the invention of claim 3, since the chemical dry etching step includes carbon tetrafluoride and oxygen in the gas, the process can be performed accurately and with good reproducibility by the ratio of carbon tetrafluoride and oxygen. .
【0042】また、請求項4記載の発明によれば、ケミ
カルドライエッチング工程は、CCl4 ,Cl2 ,SF
6 ,CFCl3 ,CF2 Cl2 ,CF3 Cl,CH
F3 ,C 2 ClF5 ,F2 ,NF3 ,BCl3 の内の何
れか一つもしくは複数を含むガス系でエッチングするた
め、効率良くエッチングすることができる。また、請求
項5記載の発明によれば、ケミカルドライエッチング工
程において、半導体層の上方に実質的に陰極降下がない
ため、電離されたガスが、半導体層表面に欠陥を与えて
しまうほどの速度で衝突することがない。このため、形
成される第1の溝の表面を欠陥の非常に少ない表面とす
ることができる。According to the invention of claim 4, the chemi
Cal dry etching process uses CClFour, Cl2, SF
6, CFCl3, CF2Cl2, CF3Cl, CH
F3, C 2ClFFive, F2, NF3, BCl3What's in
Etching with a gas system containing one or more of them
Therefore, etching can be performed efficiently. Also bill
According to the invention of Item 5, the chemical dry etching process is performed.
And substantially no cathode fall above the semiconductor layer
Therefore, the ionized gas causes defects on the semiconductor layer surface.
It does not collide at such a speed. Because of this, the shape
The surface of the first groove formed should be a surface with very few defects.
Can be
【0043】また、請求項6記載の発明によれば、ケミ
カルドライエッチング工程は、電離されたガス雰囲気中
において、前記半導体層の上方での陰極降下の絶対値
が、10V未満の状態で行われるため、電離されたガス
が、半導体層表面に欠陥を与えてしまうほどの速度で衝
突することがない。このため、形成される第1の溝の表
面を欠陥の非常に少ない表面とすることができる。ま
た、上記構成の請求項7記載の発明によれば、酸化工程
は第1の溝を選択酸化する選択酸化工程であるため、第
1の溝の深さを深くすることができる。According to the sixth aspect of the present invention, the chemical dry etching step is performed in an ionized gas atmosphere in a state where the absolute value of the cathode drop above the semiconductor layer is less than 10V. Therefore, the ionized gas does not collide with the surface of the semiconductor layer at a speed enough to cause a defect. Therefore, the surface of the formed first groove can be a surface with very few defects. Further, according to the invention of claim 7 having the above structure, since the oxidation step is a selective oxidation step of selectively oxidizing the first groove, the depth of the first groove can be increased.
【0044】上記構成の請求項8記載の発明によれば、
選択酸化工程のマスクをケミカルドライエッチング工程
で用いたマスクをそのまま使用するため、新たにマスク
を形成する必要がなく、また位置あわせも不要となる。
上記構成の請求項9,請求項10記載の発明によれば、
所定厚さの選択酸化膜を形成することができる。According to the invention of claim 8 having the above structure,
Since the mask used in the chemical dry etching process is used as it is as the mask in the selective oxidation process, it is not necessary to form a new mask and alignment is not necessary.
According to the inventions of claims 9 and 10 having the above-mentioned configuration,
A selective oxide film having a predetermined thickness can be formed.
【0045】また上記のように構成された請求項11記
載の発明によれば、酸化工程の後に酸化膜を除去してチ
ャネル領域を露出させる工程を、水溶液中で半導体層の
表面のダングリングボンドを水素で終端させながら行
う。これにより、反応活性の高いダングリングボンドが
汚染物質と反応する前に水素と反応して安定状態とな
り、汚染物質と半導体層との反応を防ぐことができる。
その後酸素中に暴露するとさらに安定な酸化膜が形成さ
れ第2の溝表面を保護するため、その後のチャネル領域
の汚染を避けることができるため、高いチャネル移動度
が得られ、低オン電圧を得ることができる。According to the eleventh aspect of the invention configured as described above, the step of removing the oxide film to expose the channel region after the oxidation step is performed by dangling bond on the surface of the semiconductor layer in an aqueous solution. Is terminated with hydrogen. As a result, the dangling bond having high reaction activity reacts with hydrogen before reacting with the pollutant and becomes stable, so that the reaction between the pollutant and the semiconductor layer can be prevented.
Then, when exposed to oxygen, a more stable oxide film is formed to protect the surface of the second groove, so that subsequent contamination of the channel region can be avoided, so that high channel mobility is obtained and low on-voltage is obtained. be able to.
【0046】また上記のように構成された請求項12記
載の発明によれば、酸化膜の除去を弗酸を含む水溶液中
でおこなうため、除去したい酸化膜と残したい半導体層
との選択比が非常に大きくとれるため、半導体層の表面
を傷つけることなく酸化膜を除去することができる。ま
た上記のように構成された請求項13記載の発明によれ
ば、酸化工程の後に酸化膜を除去してチャネル領域を露
出させる工程を、水溶液中で半導体層の表面のダングリ
ングボンドを水素で終端させながら行う。これにより、
反応活性の高いダングリングボンドが汚染物質と反応す
る前に水素と反応して安定状態となり、汚染物質と半導
体層との反応を防ぐことができる。その後酸素中に暴露
するとさらに安定な酸化膜が形成され第2の溝表面を保
護するため、その後のチャネル領域の汚染を避けること
ができるため、高いチャネル移動度が得られ、低オン電
圧を得ることができる。According to the twelfth aspect of the invention configured as described above, since the oxide film is removed in an aqueous solution containing hydrofluoric acid, the selectivity ratio between the oxide film to be removed and the semiconductor layer to be left is set. Since it can be taken very large, the oxide film can be removed without damaging the surface of the semiconductor layer. Further, according to the invention of claim 13 configured as described above, the step of removing the oxide film to expose the channel region after the oxidation step is performed by hydrogenating the dangling bond on the surface of the semiconductor layer in an aqueous solution. Do it while terminating. This allows
The dangling bond having high reaction activity reacts with hydrogen before reacting with the contaminant and becomes stable, so that the reaction between the contaminant and the semiconductor layer can be prevented. Then, when exposed to oxygen, a more stable oxide film is formed to protect the surface of the second groove, so that subsequent contamination of the channel region can be avoided, so that high channel mobility is obtained and low on-voltage is obtained. be able to.
【0047】請求項15に記載の発明によれば、選択酸
化膜と自己整合的にベース層,ソース層を形成するた
め、位置合わせが不要となる。従って正確な位置にベー
ス層,ソース層を形成でき、素子の低面積化が可能とな
る。さらに、上記のように構成された請求項16記載の
発明によれば、酸化膜を除去する間は酸化膜の表面に光
を照射しないようにすることにより、酸化膜を通してチ
ャネル領域となる半導体層に光が照射されるということ
がなくなる。このため、チャネル領域付近の第1導電型
のソース層と第2導電型のベース層との電位がほぼ等し
くなり、局所的にエッチングが進行するのが防止でき
て、均一なエッチングを行うことができる。この結果、
平坦なチャネル領域が得られ、高い移動度を得ることが
できる。According to the fifteenth aspect of the present invention, since the base layer and the source layer are formed in self-alignment with the selective oxide film, alignment is unnecessary. Therefore, the base layer and the source layer can be formed at accurate positions, and the area of the device can be reduced. Further, according to the invention of claim 16 configured as described above, the surface of the oxide film is not irradiated with light during the removal of the oxide film, so that the semiconductor layer serving as a channel region is formed through the oxide film. It will not be illuminated by light. Therefore, the potentials of the first-conductivity-type source layer and the second-conductivity-type base layer in the vicinity of the channel region become substantially equal to each other, it is possible to prevent local progress of etching, and to perform uniform etching. it can. As a result,
A flat channel region can be obtained and high mobility can be obtained.
【0048】また、上記のように構成された請求項17
記載の発明によれば、選択酸化膜を除去して得られた第
2の溝の側面の面方位を{110}面,{100}面と
している。これにより、シリコンにおける原子的に平坦
な側面が得られる。このために高いチャネル移動度を得
ることができる。また、上記のように構成された請求項
18記載の発明によれば、選択酸化膜を除去して得られ
た第2の溝の側面の面方位を{111}面としている。
側面のシリコン原子は水素1個で終端されるようにな
り、原子的に平坦な側面が得られる。このために高いチ
ャネル移動度を得ることができる。Further, claim 17 configured as described above.
According to the invention described above, the plane orientations of the side surfaces of the second groove obtained by removing the selective oxide film are the {110} plane and the {100} plane. This results in atomically flat sides in silicon. Therefore, high channel mobility can be obtained. According to the eighteenth aspect of the invention configured as described above, the plane orientation of the side surface of the second groove obtained by removing the selective oxide film is the {111} plane.
The silicon atoms on the side surface are terminated by one hydrogen atom, and an atomically flat side surface is obtained. Therefore, high channel mobility can be obtained.
【0049】また、上記のように構成された請求項19
記載の発明によれば、酸化膜を除去する工程をPHを4
以上の水溶液中で行うため、第2の溝の側面のシリコン
原子は水素原子1個で終端される率がさらに高まり、原
子的に平坦な{111}面が得られ、高いチャネル移動
度を得ることができる。また、上記のように構成された
請求項20記載の半導体装置によれば、溝部がケミカル
ドライエッチングと該ケミカルドライエッチングの後に
LOCOS酸化を施すことにより形成されるため、チャ
ネル領域となる部分の欠陥が非常に少なくなり、チャネ
ル領域の表面が非常に滑らかになるため、チャネル領域
におけるキャリアの移動度の低下を防止することができ
る。これにより、オン抵抗の非常に小さい半導体装置を
得ることができる。Further, claim 19 configured as described above.
According to the above-mentioned invention, the step of removing the oxide film is performed with the pH of 4 or less.
Since it is performed in the above aqueous solution, the rate at which silicon atoms on the side surface of the second groove are terminated by one hydrogen atom is further increased, an atomically flat {111} plane is obtained, and high channel mobility is obtained. be able to. Further, according to the semiconductor device of the present invention configured as described above, since the groove portion is formed by chemical dry etching and LOCOS oxidation after the chemical dry etching, a defect in a portion to be a channel region is formed. Is very small and the surface of the channel region is very smooth, so that it is possible to prevent a decrease in carrier mobility in the channel region. As a result, a semiconductor device having an extremely low on-resistance can be obtained.
【0050】また、請求項21記載の発明によれば、前
記溝部は、前記主表面から前記入口幅の1/2以下の深
さを有することにより、ゲート絶縁膜とチャネル領域で
の界面で応力がかかりにくくなる。これにより、チャネ
ル領域で格子欠陥が発生しにくくなり、オン抵抗が低下
することを防止できる。さらに請求項23記載の発明に
よれば、チャネル領域の面方位が{111}面もしくは
{111}面に近い面であるため、フォノン散乱が少な
くなりオン抵抗が低下することを防止できる。According to the twenty-first aspect of the present invention, the groove portion has a depth of ½ or less of the entrance width from the main surface, so that stress at the interface between the gate insulating film and the channel region is increased. Is less likely to be applied. This makes it difficult for lattice defects to occur in the channel region, and prevents the on-resistance from decreasing. Further, according to the invention of claim 23, since the plane orientation of the channel region is the {111} plane or a plane close to the {111} plane, it is possible to prevent the phonon scattering from decreasing and the ON resistance from decreasing.
【0051】また請求項24記載の発明によれば、チャ
ネル領域の面方位が{110}面、{110}面に近い
面、{100}面、{100}面に近い面の何れか一つ
の面であるためフォノン散乱が少なくなりオン抵抗が低
下することを防止できる。さらに請求項25記載の発明
によれば、チャネル領域で格子欠陥が発生しにくくな
り、オン抵抗が低下することを防止できる。According to the twenty-fourth aspect of the present invention, the plane orientation of the channel region is either the {110} plane, the plane close to the {110} plane, the {100} plane, or the plane close to the {100} plane. Since it is a surface, it is possible to prevent phonon scattering from decreasing and the ON resistance from decreasing. Furthermore, according to the twenty-fifth aspect of the present invention, it is possible to prevent the occurrence of lattice defects in the channel region and prevent the on-resistance from decreasing.
【0052】また、請求項26記載の発明によっても、
チャネル領域で格子欠陥が発生しにくくなり、オン抵抗
が低下することを防止できる。Further, according to the invention of claim 26,
Lattice defects are less likely to occur in the channel region, and it is possible to prevent the on-resistance from decreasing.
【0053】[0053]
(第1実施例)以下、図面を参照して本発明の一実施例
を説明する。図1(a)は本発明の第1実施例による四
角形ユニットセルからなる縦型パワーMOSFETの平
面図であり、同図(b)は同図(a)におけるA−A断
面図である。図2〜図22は同じく縦型パワーMOSF
ETの製造における各段階での説明図である。また、図
4はp型ベース層の中央部形成のためにボロンイオン注
入をしたウエハの断面図、図5はLOCOS酸化のため
に窒化シリコン膜をユニットセル寸法aの間隔でパター
ニングしたウエハの断面図、図8はLOCOS酸化膜が
形成されたウエハの断面図、図9はLOCOS酸化膜を
マスクとしてp型ベース層形成のためにボロンイオン注
入をしたウエハの断面図、図10は熱拡散によりp型ベ
ース層を形成したウエハの断面図、図11はLOCOS
酸化膜をマスクとしてn+ 型ソース層形成のためにリン
イオン注入をしたウエハの断面図、図12は熱拡散によ
りn+ 型ソース層を形成したウエハの断面図、図18は
LOCOS酸化膜を除去した後に熱酸化によりゲート酸
化膜を形成したウエハの断面図、図19はゲート酸化膜
の上にゲート電極が形成されたウエハの断面図、図21
はp+ 型ベースコンタクト層形成のためにボロンイオン
注入をしたウエハの断面図、図22は熱拡散によりp+
型ベースコンタクト層を形成したウエハの断面図、そし
て、図1(b)が層間絶縁膜,ソース電極およびドレイ
ン電極を形成したウエハの完成断面図である。(First Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1A is a plan view of a vertical power MOSFET including a square unit cell according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view taken along line AA in FIG. 2 to 22 are also vertical power MOSFs.
It is explanatory drawing in each stage in manufacture of ET. Further, FIG. 4 is a cross-sectional view of a wafer in which boron ions are implanted to form a central portion of a p-type base layer, and FIG. 5 is a cross-section of a wafer in which a silicon nitride film is patterned at intervals of unit cell size a for LOCOS oxidation. FIG. 8 is a cross-sectional view of a wafer on which a LOCOS oxide film is formed. FIG. 9 is a cross-sectional view of a wafer on which boron ions are implanted to form a p-type base layer using the LOCOS oxide film as a mask. FIG. 11 is a sectional view of a wafer on which a p-type base layer is formed.
A cross-sectional view of a wafer in which phosphorus ions are implanted to form an n + -type source layer using an oxide film as a mask, FIG. 12 is a cross-sectional view of a wafer in which an n + -type source layer is formed by thermal diffusion, and FIG. 18 is a LOCOS oxide film removed. 21 is a sectional view of a wafer in which a gate oxide film is formed by thermal oxidation after that, FIG. 19 is a sectional view of a wafer in which a gate electrode is formed on the gate oxide film, FIG.
Is a cross-sectional view of a wafer into which boron ions have been implanted to form a p + -type base contact layer, and FIG. 22 shows p + by thermal diffusion.
FIG. 1B is a sectional view of the wafer on which the mold base contact layer is formed, and FIG. 1B is a completed sectional view of the wafer on which the interlayer insulating film, the source electrode and the drain electrode are formed.
【0054】この実施例の縦型パワーMOSFETは、
その要部,すなわちユニットセル部分を図1に示すよう
な構造として、このユニットセル15がピッチ幅(ユニ
ットセル寸法)aで平面上縦横に規則正しく多数配置さ
れた構造となっている。図1において、ウエハ21は不
純物濃度が1020cm-3程度で厚さ100〜300μm
のn+ 型シリコンからなる半導体基板1上に不純物密度
が1016cm-3程度の厚さ7μm前後のn- 型エピタキ
シャル層2が構成されたものであり、このウエハ21の
主表面にユニットセル15が構成される。ウエハ21の
主表面に12μm程度のユニットセル寸法aでU溝50
を形成するために、厚さ3μm程度のLOCOS酸化膜
を形成し、この酸化膜をマスクとして自己整合的な二重
拡散により接合深さが3μm程度のp型ベース層16
と、接合深さが1μm程度のn+ 型ソース層4とが形成
されており、それによりU溝50の側壁部51にチャネ
ル5が設定される。なお、p型ベース層16の接合深さ
はU溝50底辺のエッジ部12でブレークダウンによる
破壊が生じない深さに設定されている。また、p型ベー
ス層16の中央部の接合深さが周囲よりも深くなるよう
に、あらかじめp型ベース層16の中央部にボロンが拡
散されており、ドレイン・ソース間に高電圧が印加され
たときに、p型ベース層16の底面の中央部でブレーク
ダウンが起こるように設定されている。また、二重拡散
後にこの拡散マスク及びU溝50形成用として使用した
LOCOS酸化膜は除去されて、U溝50の内壁には厚
さが60nm程度のゲート酸化膜8が形成され、さら
に、その上に厚さが400nm程度のポリシリコンから
なるゲート電極9、厚さが1μm程度のBPSGからな
る層間絶縁膜18が形成されている。さらに、p型ベー
ス層16の中央部表面に接合深さが0.5μm程度のp
+ 型ベースコンタクト層17が形成され、層間絶縁膜1
8の上に形成されたソース電極19とn+ 型ソース層4
およびp+ 型ベースコンタクト層17がコンタクト穴を
介してオーミック接触している。また、半導体基板1の
裏面にオーミック接触するようにドレイン電極20が形
成されている。The vertical power MOSFET of this embodiment is
A main part thereof, that is, a unit cell portion has a structure as shown in FIG. 1, and a large number of unit cells 15 are regularly arranged in a vertical and horizontal plane in a pitch width (unit cell size) a. In FIG. 1, the wafer 21 has an impurity concentration of about 10 20 cm −3 and a thickness of 100 to 300 μm.
The n − type epitaxial layer 2 having an impurity density of about 10 16 cm −3 and a thickness of about 7 μm is formed on the semiconductor substrate 1 made of n + type silicon, and the unit cell is formed on the main surface of the wafer 21. 15 are configured. A U-shaped groove 50 is formed on the main surface of the wafer 21 with a unit cell size a of about 12 μm.
In order to form the p-type base layer 16 having a junction depth of about 3 μm, a LOCOS oxide film having a thickness of about 3 μm is formed, and the oxide film is used as a mask to perform self-aligned double diffusion.
And an n + type source layer 4 having a junction depth of about 1 μm are formed, whereby the channel 5 is set on the side wall portion 51 of the U groove 50. The junction depth of the p-type base layer 16 is set to a depth that does not cause breakdown due to breakdown at the edge portion 12 at the bottom of the U groove 50. Further, boron is diffused in the central portion of the p-type base layer 16 in advance so that the junction depth of the central portion of the p-type base layer 16 is deeper than the surroundings, and a high voltage is applied between the drain and the source. It is set so that breakdown occurs at the central portion of the bottom surface of the p-type base layer 16 when it is opened. Further, after the double diffusion, the diffusion mask and the LOCOS oxide film used for forming the U groove 50 are removed, and the gate oxide film 8 having a thickness of about 60 nm is formed on the inner wall of the U groove 50. A gate electrode 9 made of polysilicon having a thickness of about 400 nm and an interlayer insulating film 18 made of BPSG having a thickness of about 1 μm are formed on the top. Furthermore, a p-type base layer 16 having a junction depth of about 0.5 μm is formed on the central surface of the p-type base layer 16.
The + type base contact layer 17 is formed, and the interlayer insulating film 1 is formed.
Source electrode 19 and n + type source layer 4 formed on
And the p + type base contact layer 17 is in ohmic contact through the contact hole. Further, the drain electrode 20 is formed so as to make ohmic contact with the back surface of the semiconductor substrate 1.
【0055】次に本実施例の製造方法を述べる。まず、
図2,図3に示されるように、n+ 型シリコンからなる
面方位が(100)である半導体基板1の主表面にn-
型のエピタキシャル層2を成長させたウエハ21を用意
する。この半導体基板1(半導体基板に相当)はその不
純物濃度が1020cm-3程度になっている。また、エピ
タキシャル層2(半導体層に相当)はその厚さが7μm
程度で、その不純物濃度は1016cm-3程度となってい
る。次に、図4に示される様に、このウエハ21の主表
面を熱酸化して厚さ60nm程度のフィールド酸化膜6
0を形成し、その後レジスト膜61を堆積して公知のフ
ォトリソ工程にてセル形成予定位置の中央部に開口する
パターンにレジスト膜61をパターニングする。そし
て、このレジスト膜61をマスクとしてボロン(B+ )
をイオン注入する。Next, the manufacturing method of this embodiment will be described. First,
As shown in FIGS. 2 and 3, n − is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 made of n + type silicon and having a plane orientation of (100).
A wafer 21 on which a mold type epitaxial layer 2 is grown is prepared. The semiconductor substrate 1 (corresponding to a semiconductor substrate) has an impurity concentration of about 10 20 cm -3 . The thickness of the epitaxial layer 2 (corresponding to the semiconductor layer) is 7 μm.
The impurity concentration is about 10 16 cm −3 . Next, as shown in FIG. 4, the main surface of the wafer 21 is thermally oxidized to form a field oxide film 6 having a thickness of about 60 nm.
After forming 0, a resist film 61 is deposited, and the resist film 61 is patterned by a known photolithography process into a pattern having an opening at the center of the planned cell formation position. Then, using the resist film 61 as a mask, boron (B + )
Is ion-implanted.
【0056】レジスト剥離後、熱拡散により図5に示す
ように接合深さが3μm程度のp型拡散層62を形成す
る。このp型拡散層62は最終的には後述するp型ベー
ス層16の一部となり、ドレイン・ソース間に高電圧が
印加されたとき、p型拡散層62の底辺部分で安定にブ
レークダウンを起こさせることにより、耐サージ性を向
上させる目的を果たす。After the resist is stripped off, a p-type diffusion layer 62 having a junction depth of about 3 μm is formed by thermal diffusion as shown in FIG. The p-type diffusion layer 62 finally becomes a part of the p-type base layer 16 described later, and when a high voltage is applied between the drain and the source, the p-type diffusion layer 62 stably breaks down at the bottom. Raising it fulfills the purpose of improving surge resistance.
【0057】次に、図5に示すように、ウエハ21の主
表面に窒化シリコン膜63を約200nm堆積し、この
窒化シリコン膜63(マスクに相当)を図6に示すよう
に<011>方向に垂直及び平行になるようにパターニ
ングして、ピッチ幅(ユニットセル15の寸法)aで開
口する格子状の開口パターンを形成する(マスク形成工
程に相当)。なお、この開口パターンは上述のp型拡散
層62がそのピッチ間隔の中央部に位置するようにマス
ク合わせしている。Next, as shown in FIG. 5, a silicon nitride film 63 is deposited to a thickness of about 200 nm on the main surface of the wafer 21, and the silicon nitride film 63 (corresponding to a mask) is formed in the <011> direction as shown in FIG. To form a lattice-shaped opening pattern having a pitch width (dimension of the unit cell 15) a (corresponding to a mask forming step). The opening pattern is masked so that the p-type diffusion layer 62 described above is located at the center of the pitch interval.
【0058】次に、窒化シリコン膜63をマスクとして
フィールド酸化膜60をエッチングし、ひきつづき図7
に示すように、四フッ化炭素と酸素ガスを含む放電室7
02でプラズマを発生させて、化学的な活性種を作り、
この活性種を反応室703へ輸送し、反応室703でn
- 型エピタキシャル層2を等方的にケミカルドライエッ
チングして溝64を形成する(ケミカルドライエッチン
グ工程に相当)。Next, the field oxide film 60 is etched by using the silicon nitride film 63 as a mask, and subsequently, FIG.
As shown in, the discharge chamber 7 containing carbon tetrafluoride and oxygen gas
02 to generate plasma to create chemically active species,
This active species is transported to the reaction chamber 703, where it is n
The − type epitaxial layer 2 is isotropically subjected to chemical dry etching to form a groove 64 (corresponding to a chemical dry etching step).
【0059】次に、図8に示すように、窒化シリコン膜
63をマスクとして溝64の部分を熱酸化する(酸化工
程、選択酸化工程に相当)。これはLOCOS(Local O
xidation of Silicon)法として良く知られた酸化方法で
あり、この酸化によりLOCOS酸化膜65(酸化膜、
選択酸化膜に相当)が形成され、同時にLOCOS酸化
膜65によって喰われたn- 型エピタキシャル層2の表
面にU溝50(第2の溝に相当)が形成され、かつU溝
50の形状が確定する。Next, as shown in FIG. 8, the portion of the groove 64 is thermally oxidized using the silicon nitride film 63 as a mask (corresponding to an oxidizing step and a selective oxidizing step). This is LOCOS (Local O
This oxidation method is well known as the xidation of Silicon method, and this oxidation causes the LOCOS oxide film 65 (oxide film,
(Corresponding to a selective oxide film) is formed, and at the same time, a U groove 50 (corresponding to a second groove) is formed on the surface of the n − type epitaxial layer 2 eaten by the LOCOS oxide film 65, and the shape of the U groove 50 is Determine.
【0060】この時、U溝50の側面のチャネル形成部
の面方位が(111)に近い面となるようにケミカルド
ライエッチングの条件とLOCOS酸化の条件を選ぶ。
このようにしてLOCOS酸化により形成されたU溝5
0の内壁表面は平坦で欠陥が少なく、その表面は図2に
示されるウエハ21の初期の主表面と同程度に表面状態
が良い。At this time, the chemical dry etching condition and the LOCOS oxidation condition are selected so that the surface orientation of the channel forming portion on the side surface of the U groove 50 becomes a surface close to (111).
The U-groove 5 thus formed by LOCOS oxidation
The inner wall surface of No. 0 is flat and has few defects, and the surface has a good surface condition to the same extent as the initial main surface of the wafer 21 shown in FIG.
【0061】次に、図9に示すように、LOCOS酸化
膜65をマスクとして、薄いフィールド酸化膜60を透
過させてp型ベース層16を形成するためのボロンをイ
オン注入する。このとき、LOCOS酸化膜65とフィ
ールド酸化膜60の境界部分が自己整合位置になり、イ
オン注入される領域が正確に規定される。次に、図10
に示すように、接合深さ3μm程度まで熱拡散する。こ
の熱拡散により、図5に示す工程において前もって形成
したp型拡散層62と、図9に示す工程において注入さ
れたボロンの拡散層が一体になり、一つのp型ベース層
16(ベース層に相当)を形成する。また、p型ベース
層16の領域の両端面はU溝50の側壁の位置で自己整
合的に規定される。Next, as shown in FIG. 9, boron is ion-implanted to form the p-type base layer 16 through the thin field oxide film 60 using the LOCOS oxide film 65 as a mask. At this time, the boundary portion between the LOCOS oxide film 65 and the field oxide film 60 is in a self-aligned position, and the ion-implanted region is accurately defined. Next, FIG.
As shown in (3), heat is diffused to a junction depth of about 3 μm. By this thermal diffusion, the p-type diffusion layer 62 previously formed in the step shown in FIG. 5 and the boron diffusion layer implanted in the step shown in FIG. 9 are integrated, and one p-type base layer 16 (base layer is formed). Equivalent). Further, both end faces of the region of the p-type base layer 16 are defined by the positions of the side walls of the U groove 50 in a self-aligned manner.
【0062】次に、図11に示すように、格子状のパタ
ーンでウエハ21表面に形成されているLOCOS酸化
膜65により囲まれたp型ベース層16表面中央部に残
されたパターンでパターニングされたレジスト膜66と
LOCOS酸化膜65を共にマスクとして、薄いフィー
ルド酸化膜60を透過させてn+ 型ソース層4(ソース
層に相当)を形成するためのリンをイオン注入する。こ
の場合も図9に示す工程においてボロンをイオン注入し
た場合と同様に、LOCOS酸化膜65とフィールド酸
化膜60の境界部分が自己整合位置になり、イオン注入
される領域が正確に規定される。Next, as shown in FIG. 11, patterning is performed with a pattern left in the center of the surface of the p-type base layer 16 surrounded by the LOCOS oxide film 65 formed on the surface of the wafer 21 in a grid pattern. Using both the resist film 66 and the LOCOS oxide film 65 as a mask, phosphorus is ion-implanted through the thin field oxide film 60 to form the n + -type source layer 4 (corresponding to the source layer). Also in this case, as in the case where boron is ion-implanted in the step shown in FIG. 9, the boundary portion between the LOCOS oxide film 65 and the field oxide film 60 is in a self-aligned position, and the ion-implanted region is accurately defined.
【0063】次に、図12に示すように、接合深さ0.
5〜1μm熱拡散し、n+ 型ソース層4を形成し、同時
にチャネル5(チャネル領域に相当)も設定する。この
熱拡散において、n+ 型ソース層4の領域のU溝50に
接した端面は、U溝50の側壁の位置で自己整合的に規
定される(不純物導入工程に相当)。以上、図9〜図1
2の工程によりp型ベース層16の接合深さとその形状
が確定する。このp型ベース層16の形状において重要
なことは、p型ベース層16の側面の位置がU溝50の
側面により規定され、自己整合されて熱拡散するため、
U溝50に対してp型ベース層16の形状は完全に左右
対称になる。Next, as shown in FIG.
Heat diffusion is performed for 5 to 1 μm to form the n + type source layer 4, and at the same time, the channel 5 (corresponding to the channel region) is also set. In this thermal diffusion, the end surface of the region of the n + type source layer 4 which is in contact with the U groove 50 is defined in a self-aligned manner at the position of the sidewall of the U groove 50 (corresponding to the impurity introducing step). Above, FIGS. 9 to 1
The second step determines the junction depth of the p-type base layer 16 and its shape. What is important in the shape of the p-type base layer 16 is that the position of the side surface of the p-type base layer 16 is defined by the side surface of the U-groove 50 and self-aligns for heat diffusion.
The shape of the p-type base layer 16 is completely symmetrical with respect to the U groove 50.
【0064】次に、図13に示すように、LOCOS酸
化膜65を弗酸を含む水溶液700中で、フッ化アンモ
ニウムによりPHが5程度に調整された状態で、シリコ
ンの表面を水素で終端させながら酸化膜を除去してU溝
50の内壁51を露出させる。この除去工程は選択酸化
膜の形成されている面に光が当たらないように遮光布で
遮光して行う(酸化膜除去工程、選択酸化膜除去工程に
相当)。Next, as shown in FIG. 13, the LOCOS oxide film 65 is terminated with hydrogen in the aqueous solution 700 containing hydrofluoric acid while the pH is adjusted to about 5 by ammonium fluoride. Meanwhile, the oxide film is removed to expose the inner wall 51 of the U groove 50. This removing step is performed by shielding the surface on which the selective oxide film is formed from light with a light-shielding cloth (corresponding to the oxide film removing step and the selective oxide film removing step).
【0065】この後、水溶液中から取りだし、清浄な空
気中で乾燥させる。次に、図15に示すように、チャネ
ルが形成される予定のp型ベース層16のU溝の側面5
に(111)面が形成されるまで酸化膜を形成する。こ
の熱酸化工程により、チャネルが形成される予定面の原
子オーダーでの平坦度が高くなる。この熱酸化工程は、
図14に示すように、酸素雰囲気に保たれ、約1000
℃に保持されている酸化炉601にウエハ21を徐々に
挿入することにより行う。このようにすると、酸化の初
期は比較的低い温度で行われるため、p型ベース領域1
6、n+ 型ソース領域4の不純物が、酸化工程中にウエ
ハ外部に飛散することを抑えられる。次に、図16に示
すように、この酸化膜600を除去する。この酸化膜6
00の除去も選択酸化膜の除去と同様に弗酸を含む水溶
液中で、フッ化アンモニウムによりPHが5程度に調整
された状態で、露出されたシリコンの表面を水素で終端
させながら行う。このような方法で形成されたU溝50
の内壁51は、平坦度が高く、また欠陥も少ない良好な
シリコン表面である。After that, it is taken out from the aqueous solution and dried in clean air. Next, as shown in FIG. 15, the side surface 5 of the U groove of the p-type base layer 16 in which a channel is to be formed.
An oxide film is formed until the (111) plane is formed. By this thermal oxidation step, the flatness on the atomic order of the surface on which the channel is to be formed is increased. This thermal oxidation step is
As shown in FIG. 14, the oxygen atmosphere is maintained at about 1000
This is performed by gradually inserting the wafer 21 into the oxidation furnace 601 which is maintained at a temperature of 0 ° C. By doing so, since the initial stage of oxidation is performed at a relatively low temperature, the p-type base region 1
6. Impurities in the n + type source region 4 can be suppressed from scattering outside the wafer during the oxidation process. Next, as shown in FIG. 16, this oxide film 600 is removed. This oxide film 6
Similarly to the removal of the selective oxide film, the removal of 00 is also carried out in an aqueous solution containing hydrofluoric acid while terminating the exposed silicon surface with hydrogen in a state where the pH is adjusted to about 5 with ammonium fluoride. U groove 50 formed by such a method
The inner wall 51 of is a good silicon surface with high flatness and few defects.
【0066】つづいて図18に示すように、U溝50の
側面及び底面に熱酸化により厚さ60nm程度のゲート
酸化膜8を形成する。この酸化工程は前述したのと同様
に、酸素雰囲気に保たれ、約1000℃に保持されてい
る酸化炉601にウエハ21を徐々に挿入する。このよ
うにすると、酸化の初期は比較的低い温度で行われるた
め、p型ベース領域16、n+ 型ソース領域4の不純物
が、酸化工程中にウエハ外部に飛散することを抑えられ
る。ゲート酸化膜8の膜質や、厚さの均一性、チャネル
5の界面の界面準位密度,キャリア移動度は従来のDM
OSと同程度に良好である。Subsequently, as shown in FIG. 18, a gate oxide film 8 having a thickness of about 60 nm is formed on the side surface and the bottom surface of the U groove 50 by thermal oxidation. In this oxidizing step, the wafer 21 is gradually inserted into the oxidizing furnace 601 which is maintained in an oxygen atmosphere and is maintained at about 1000 ° C., as described above. In this way, since the initial oxidation is performed at a relatively low temperature, impurities in the p-type base region 16 and the n + -type source region 4 can be suppressed from scattering outside the wafer during the oxidation process. The film quality and thickness uniformity of the gate oxide film 8, the interface state density of the interface of the channel 5, and the carrier mobility are the same as those of the conventional DM.
It is as good as the OS.
【0067】次に、図19に示すように、ウエハ21の
主表面に厚さ400nm程度のポリシリコン膜を堆積
し、隣接した二つのU溝50の上端の距離bよりも2β
だけ短い距離cだけ離間するようにパターニングしてゲ
ート電極9を形成する。次にゲート電極9の端部におい
てゲート酸化膜8が厚くなるよう酸化する。この時図2
0に示すようにゲート酸化膜が、ゲート端部で厚くなる
部分の長さをxとすると、β>xとなるようにβを設定
する。Next, as shown in FIG. 19, a polysilicon film having a thickness of about 400 nm is deposited on the main surface of the wafer 21, and the distance is 2β from the distance b between the upper ends of two adjacent U-grooves 50.
The gate electrode 9 is formed by patterning so as to be separated by a short distance c. Next, the end portion of the gate electrode 9 is oxidized so that the gate oxide film 8 becomes thick. Figure 2 at this time
As shown in 0, β is set so that β> x, where x is the length of the portion where the gate oxide film becomes thicker at the gate end.
【0068】以上、図9〜図19に示す工程は本実施例
において最も重要な製造工程の部分であり、LOCOS
酸化膜65を自己整合的な二重拡散のマスクとして使用
し、p型ベース層16,n+ 型ソース層4及びチャネル
5を形成し、次にLOCOS酸化膜65を除去した後、
ゲート酸化膜8(ゲート絶縁膜に相当),ゲート電極9
(ゲート電極に相当)を形成する(ゲート電極形成工程
に相当)。As described above, the steps shown in FIGS. 9 to 19 are the most important manufacturing steps in this embodiment.
Using the oxide film 65 as a self-aligned double diffusion mask to form the p-type base layer 16, the n + -type source layer 4 and the channel 5, and then removing the LOCOS oxide film 65,
Gate oxide film 8 (corresponding to gate insulating film), gate electrode 9
(Corresponding to a gate electrode) is formed (corresponding to a gate electrode forming step).
【0069】次に、図21に示すように、パターニング
されたレジスト膜68をマスクとして酸化膜67を透過
してp+ 型ベースコンタクト層17を形成するためのボ
ロンをイオン注入する。次に、図22に示すように、接
合深さ0.5μm程度熱拡散し、p+ 型ベースコンタク
ト層17を形成する。Then, as shown in FIG. 21, boron is ion-implanted through the oxide film 67 using the patterned resist film 68 as a mask to form the p + -type base contact layer 17. Next, as shown in FIG. 22, a junction depth of about 0.5 μm is thermally diffused to form the p + -type base contact layer 17.
【0070】そして、図1(b)に示すように、ウエハ
21の主表面にBPSGからなる層間絶縁膜18を形成
し、その一部にコンタクト穴開けを行いp+ 型ベースコ
ンタクト層17とn+ 型ソース層4を露出させる。さら
に、アルミニウム膜からなるソース電極19(ソース電
極に相当)を形成し、前記コンタクト穴を介してp+型
ベースコンタクト層17とn+ 型ソース層4とにオーミ
ック接触させる。さらに、アルミニウム膜保護用として
プラズマCVD法等により窒化シリコン等よりなるパッ
シベーション膜(図示略)を形成し、また、ウエハ21
の裏面にはTi/Ni/Auの3層膜からなるドレイン
電極20(ドレイン電極に相当)を形成し、n+ 型半導
体基板1にオーミック接触をとる(ソース・ドレイン電
極形成工程、電極形成工程に相当)。Then, as shown in FIG. 1B, an interlayer insulating film 18 made of BPSG is formed on the main surface of the wafer 21, and contact holes are formed in a part of the interlayer insulating film 18 to form p + -type base contact layers 17 and n. The + type source layer 4 is exposed. Further, a source electrode 19 (corresponding to a source electrode) made of an aluminum film is formed, and ohmic contact is made with the p + type base contact layer 17 and the n + type source layer 4 through the contact hole. Further, a passivation film (not shown) made of silicon nitride or the like is formed by a plasma CVD method or the like for protecting the aluminum film, and the wafer 21
The back surface of the drain electrode 20 made of three layers of Ti / Ni / Au (corresponds to the drain electrode) is formed, n + -type semiconductor substrate 1 ohmic contact (source and drain electrode forming step, the electrode forming step Equivalent to).
【0071】上記のように構成された本実施例の半導体
装置の製造方法によれば、選択酸化に先立ち低濃度の半
導体層の表面の所定領域をケミカルドライエッチング法
により除去する。ケミカルドライエッチング法はドライ
エッチング法の一種でありプロセスの制御性が高く、ウ
エハ面内で均一なエッチングがおこなえ、再現性も高
い。またケミカルドライエッチング法はドライエッチン
グプロセスのなかでは比較的被エッチング面に与えるダ
メージが小さい。そして、このケミカルドライエッチン
グの後に溝64(第1の溝)表面を酸化する。ここで酸
化をする場合、酸化が開始される溝64の表面により、
結果として得られるn- 型エピタキシャル層2(半導体
層)の酸化膜との境界面の状態が異なるものとなる。即
ち、RIE等の物理的エッチングでエッチングされた面
を酸化させても、格子欠陥が生じたまま酸化が進行し、
結果として得られるn- 型エピタキシャル層2の表面は
格子欠陥が残ってしまう。しかしながら、本発明におい
ては溝64表面をケミカルドライエッチング法を用いる
ことにより、高い欠陥の少ない表面を有する溝64が形
成され、その表面を酸化させるため、酸化が開始される
時から均一に酸化され、結果として得られるU溝50の
表面も欠陥の少ない表面を得ることができる。そして、
このU溝50の表面をチャネル領域として使用するた
め、低いオン抵抗を得ることができる。また、チャネル
領域用の溝としてのU溝50を形成するために、ケミカ
ルドライエッチングと酸化という2段階の工程を踏んで
いるため、所望の幅のU溝50を得たい場合は、酸化さ
せる幅を制御すれば良いので、溝形状も正確に制御する
ことができる。According to the method of manufacturing the semiconductor device of the present embodiment having the above-described structure, the predetermined region on the surface of the low-concentration semiconductor layer is removed by the chemical dry etching method before the selective oxidation. The chemical dry etching method is a kind of dry etching method and has high process controllability, uniform etching can be performed on the wafer surface, and reproducibility is also high. Further, in the chemical dry etching method, the damage given to the surface to be etched is relatively small in the dry etching process. Then, after this chemical dry etching, the surface of the groove 64 (first groove) is oxidized. When oxidation is performed here, the surface of the groove 64 where the oxidation is started causes
The resulting n − -type epitaxial layer 2 (semiconductor layer) has a different interface state with the oxide film. That is, even if the surface that has been etched by physical etching such as RIE is oxidized, the oxidation proceeds with lattice defects,
Lattice defects remain on the surface of the resulting n − type epitaxial layer 2. However, in the present invention, by using the chemical dry etching method for the surface of the groove 64, the groove 64 having a surface with few high defects is formed, and the surface is oxidized, so that it is uniformly oxidized from the time when the oxidation is started. As a result, the surface of the U groove 50 obtained can be a surface with few defects. And
Since the surface of the U groove 50 is used as the channel region, low on-resistance can be obtained. Further, in order to form the U groove 50 as a groove for the channel region, a two-step process of chemical dry etching and oxidation is performed. Therefore, the groove shape can be accurately controlled.
【0072】また、本実施例によれば、ケミカルドライ
エッチング工程は等方性であるので、溝64に角がなく
なり、このため酸化により形成されるU溝50にも角が
なくなる。このためドレイン・ソース間耐圧が向上す
る。また、溝64のn- 型エピタキシャル層2表面付近
の角度が90度に近くなり、選択酸化後に形成されるU
溝50の側面の傾斜角を急角度にすることができセルサ
イズを縮小して低オン電圧を得ることができる。Further, according to the present embodiment, since the chemical dry etching process is isotropic, the groove 64 has no corner, and therefore the U groove 50 formed by oxidation also has no corner. Therefore, the breakdown voltage between the drain and the source is improved. Further, the angle of the groove 64 near the surface of the n − type epitaxial layer 2 becomes close to 90 °, and U formed after the selective oxidation.
The inclination angle of the side surface of the groove 50 can be made steep, and the cell size can be reduced to obtain a low on-voltage.
【0073】また、ケミカルドライエッチング工程が四
フッ化炭素と酸素をガス中に含むため、四フッ化炭素と
酸素の比によりプロセスを正確に再現性良く行うことが
できる。また、本実施例によれば、ケミカルドライエッ
チング工程において、半導体基板1もしくはn- 型エピ
タキシャル層2の上方に実質的に陰極降下ため、電離さ
れたガスが、n- 型エピタキシャル層2表面に欠陥を与
えてしまうほどの速度で衝突することがない。このた
め、形成される溝64の表面を欠陥の非常に少ない表面
とすることができる。Since the chemical dry etching step includes carbon tetrafluoride and oxygen in the gas, the process can be performed accurately and with good reproducibility depending on the ratio of carbon tetrafluoride and oxygen. Further, according to the present embodiment, in the chemical dry etching process, since the cathode is substantially dropped above the semiconductor substrate 1 or the n − type epitaxial layer 2, the ionized gas causes defects on the surface of the n − type epitaxial layer 2. Will not collide at a speed that would give Therefore, the surface of the groove 64 to be formed can be a surface with very few defects.
【0074】さらに、本実施例によれば、酸化工程は溝
64を選択酸化する選択酸化工程であるため、溝64の
深さを深くすることができる。そして、選択酸化工程の
マスクをケミカルドライエッチング工程で用いたマスク
をそのまま使用するため、新たにマスクを形成する必要
がなく、また位置あわせも不要となる。また、酸化工程
の後に酸化膜を除去してチャネル領域を露出させる工程
を、水溶液中でn- 型エピタキシャル層2の表面のダン
グリングボンドを水素で終端させながら行う。これによ
り、反応活性の高いダングリングボンドが汚染物質と反
応する前に水素と反応して安定状態となり、汚染物質と
n- 型エピタキシャル層2との反応を防ぐことができ
る。その後酸素中に暴露するとさらに安定な酸化膜が形
成されU溝50表面を保護するため、その後のチャネル
領域の汚染を避けることができるため、高いチャネル移
動度が得られ、低オン電圧を得ることができる。Furthermore, according to the present embodiment, since the oxidation process is a selective oxidation process for selectively oxidizing the groove 64, the depth of the groove 64 can be increased. Further, since the mask used in the chemical dry etching process is used as it is as the mask in the selective oxidation process, it is not necessary to form a new mask and the alignment is also unnecessary. After the oxidation step, the step of removing the oxide film to expose the channel region is performed while terminating the dangling bond on the surface of the n − type epitaxial layer 2 with hydrogen in an aqueous solution. As a result, the dangling bond having high reaction activity reacts with hydrogen before reacting with the pollutant to be in a stable state, and the reaction between the pollutant and the n − type epitaxial layer 2 can be prevented. When it is subsequently exposed to oxygen, a more stable oxide film is formed to protect the surface of the U groove 50, so that the subsequent contamination of the channel region can be avoided, so that high channel mobility can be obtained and low on-voltage can be obtained. You can
【0075】また、酸化膜の除去を弗酸を含む水溶液中
でおこなうため、除去したい酸化膜と残したいn- 型エ
ピタキシャル層2との選択比が非常に大きくとれるた
め、n - 型エピタキシャル層2の表面を傷つけることな
く酸化膜を除去することができる。さらに、選択酸化膜
と自己整合的にベース層,ソース層を形成するため、位
置合わせが不要となる。従って正確な位置にベース層,
ソース層を形成でき、素子の低面積化が可能となる。Further, the oxide film is removed in an aqueous solution containing hydrofluoric acid.
The oxide film you want to remove and the-Type d
The selection ratio with the axial layer 2 is very large.
First, n -Do not damage the surface of the epitaxial layer 2
The oxide film can be removed. Furthermore, selective oxide film
In order to form the base layer and source layer in self-alignment with
No alignment is required. Therefore, the base layer at the correct position,
The source layer can be formed, and the area of the device can be reduced.
【0076】また、酸化膜を除去する間は酸化膜の表面
に光を照射しないようにすることにより、酸化膜を通し
てチャネル領域となる半導体層に光が照射されるという
ことがなくなる。このため、チャネル領域付近のn+ 型
ソース層4とp型ベース層16との電位がほぼ等しくな
り、局所的にエッチングが進行するのが防止できて、均
一なエッチングを行うことができる。この結果、平坦な
チャネル領域が得られ、高い移動度を得ることができ
る。By preventing the surface of the oxide film from being irradiated with light during the removal of the oxide film, the semiconductor layer serving as the channel region is not irradiated with light through the oxide film. Therefore, the potentials of the n + type source layer 4 and the p type base layer 16 in the vicinity of the channel region become substantially equal to each other, it is possible to prevent the etching from locally progressing, and uniform etching can be performed. As a result, a flat channel region can be obtained and high mobility can be obtained.
【0077】そして、選択酸化膜を除去して得られたU
溝50の側面の面方位を{111}面としている。側面
のシリコン原子は水素1個で終端されるようになり、原
子的に平坦な側面が得られる。このために高いチャネル
移動度を得ることができる。また、酸化膜を除去する工
程をPHを4以上の水溶液中で行うため、U溝50の側
面のシリコン原子は水素原子1個で終端される率がさら
に高まり、原子的に平坦な{111}面が得られ、高い
チャネル移動度を得ることができる。Then, U obtained by removing the selective oxide film
The plane orientation of the side surface of the groove 50 is the {111} plane. The silicon atoms on the side surface are terminated by one hydrogen atom, and an atomically flat side surface is obtained. Therefore, high channel mobility can be obtained. Also, since the step of removing the oxide film is performed in an aqueous solution of 4 or more, the rate at which silicon atoms on the side surface of the U groove 50 are terminated by one hydrogen atom is further increased, resulting in an atomically flat {111}. A surface can be obtained and high channel mobility can be obtained.
【0078】以上説明したように、従来RIE等の物理
的エッチングやウエットエッチングの後にLOCOS酸
化することにより、初期溝(第1の溝、即ち溝64)形
成時に導入された格子欠陥はLOCOS酸化及びそのL
OCOS酸化膜の除去により除去されるものと考えられ
ていた。しかし本発明者らが実際に試作してみた所、初
期溝導入時に導入された格子欠陥は除去されずにチャネ
ル領域の表面に残ってしまうことが確認された。そして
結果としてドレイン−ソース間のリーク電流の原因とな
ることが分かった。この結果より、初期溝を形成する
際、始めから無欠陥のプロセスで行う必要があることが
分かった。しかし、無欠陥のプロセスとしてウエットエ
ッチングと同様に知られるケミカルドライエッチング
は、ウエットエッチングよりもエッチング速度が遅く、
またウエットエッチングと同じく等方性エチングである
ためサイドエッチが生じて微細化には不向きである。従
って、微細化でチャネル長を短くすることによりチャネ
ル抵抗,オン抵抗の低減を行なう現在の技術からする
と、ケミカルドライエッチングは溝形成工程には不向き
と考えられていた。しかしながら、エッチングの後にL
OCOS酸化することにより、初期溝(第1の溝、即ち
溝64)を形成する製造方法においては、エッチングに
要する時間はケミカルウエットエッチングもケミカルド
ライエッチングも差ほど変わらず、それにも係わらず最
終的に得られるチャネル領域表面の格子欠陥が非常に少
なくなり、また任意の指数面が正確に形成できるという
ことが分かった。As described above, by performing LOCOS oxidation after the conventional physical etching such as RIE or wet etching, the lattice defects introduced at the time of forming the initial groove (first groove, that is, the groove 64) are LOCOS oxidized and That L
It was thought to be removed by removing the OCOS oxide film. However, when the present inventors actually made a prototype, it was confirmed that the lattice defects introduced at the time of introducing the initial groove are not removed but remain on the surface of the channel region. As a result, it has been found that it causes a leak current between the drain and the source. From this result, it was found that it is necessary to perform a defect-free process from the beginning when forming the initial groove. However, chemical dry etching, which is known as a defect-free process similar to wet etching, has a slower etching rate than wet etching.
Further, since it is isotropic etching as in wet etching, side etching occurs, which is not suitable for miniaturization. Therefore, chemical dry etching is considered to be unsuitable for the groove forming process in view of the current technology of reducing the channel resistance and the on-resistance by shortening the channel length by miniaturization. However, after etching L
In the manufacturing method of forming the initial groove (first groove, that is, the groove 64) by the OCOS oxidation, the time required for etching does not differ much between chemical wet etching and chemical dry etching. It was found that the number of lattice defects on the surface of the channel region obtained in Example 1 was extremely small, and an arbitrary exponential plane could be formed accurately.
【0079】以上、本発明を一実施例に基づき具体的に
説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である
ことは言うまでもない。例えば、図13で示される、弗
酸を含む水溶液中でのLOCOS酸化膜の除去後、本実
施例では自然酸化によりシリコン表面を自然酸化膜で保
護したが、この工程を高温、例えば900℃で行っても
よい。そして、n型ソース層,p型ソース層の形成をL
OCOS酸化膜の除去後に、レジストマスクを用いて行
っても良い。また、選択酸化膜を除去して得られた溝の
側面の面方位が低指数面の(110)面や(100)面
となるように、基板の面方位,パターニング形状を選択
しても良い。なお、上記実施例は本発明を縦型パワーM
OSFETに適用した場合についてのみ説明したが、そ
れに限定されるものではなく、このような縦型パワーM
OSFETを組み込んだパワーMOSICに適用しても
良い。またさらに、本実施例においては半導体基板とし
てn+ 型半導体基板を持ちいた縦型パワーMOSFET
について説明したが、p+ 型半導体基板を用いた絶縁ゲ
ート型バイポーラトランジスタ(IGBT)のゲート構
造にも適用することができる。また、ケミカルドライエ
ッチング工程を、CCl4 ,Cl2 ,SF6,CFCl
3 ,CF2 Cl2 ,CF3 Cl,CHF3 ,C2 ClF
5 ,F2 ,NF3 ,BCl3 の内の何れか一つもしくは
複数を含むガス系で行っても良い。これにより、効率良
くエッチングすることができる。さらに、本実施例にお
いては、半導体基板に電圧を印加しないで行ったが、ケ
ミカルドライエッチング工程は、電離されたガス雰囲気
中において、前記半導体層の上方での陰極降下の絶対値
が10V未満の状態で行なっても良い。これにより電離
されたガスが、半導体層表面に欠陥を与えてしまうほど
の速度で衝突することがなくなる。そして、形成される
溝64の表面を欠陥の非常に少ない表面とすることがで
きる。また、本実施例ではnチャネル型についてのみ説
明したが、n型とp型の半導体の型を入れ換えたpチャ
ネル型についても同様の効果が得られることは言うまで
もない。Although the present invention has been specifically described based on an embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the invention. . For example, after removing the LOCOS oxide film in the aqueous solution containing hydrofluoric acid as shown in FIG. 13, the silicon surface is protected by the natural oxide film by natural oxidation in this embodiment. You can go. Then, the n-type source layer and the p-type source layer are formed by L
After removing the OCOS oxide film, a resist mask may be used. Further, the surface orientation and patterning shape of the substrate may be selected so that the surface orientation of the side surface of the groove obtained by removing the selective oxide film is the low index surface (110) surface or (100) surface. . In addition, the above-mentioned embodiment applies the present invention to the vertical power M.
Although only the case of applying to the OSFET has been described, the present invention is not limited to this, and the vertical power M
It may be applied to a power MOSIC incorporating an OSFET. Furthermore, in this embodiment, a vertical power MOSFET having an n + type semiconductor substrate as a semiconductor substrate.
However, the present invention can be applied to the gate structure of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) using a p + type semiconductor substrate. In addition, the chemical dry etching process is performed using CCl 4 , Cl 2 , SF 6 , CFCl.
3 , CF 2 Cl 2 , CF 3 Cl, CHF 3 , C 2 ClF
It is also possible to use a gas system containing any one or more of 5 , F 2 , NF 3 , and BCl 3 . This enables efficient etching. Further, in the present example, the voltage was not applied to the semiconductor substrate, but the chemical dry etching step was performed in an ionized gas atmosphere in which the absolute value of the cathode drop above the semiconductor layer was less than 10V. You may do it in the state. This prevents the ionized gas from colliding with the surface of the semiconductor layer at such a speed as to give a defect to the surface of the semiconductor layer. Then, the surface of the formed groove 64 can be a surface with very few defects. Although only the n-channel type has been described in the present embodiment, it goes without saying that the same effect can be obtained with the p-channel type in which the n-type and p-type semiconductor types are interchanged.
【図1】図(a)は本発明の第1実施例による縦型パワ
ーMOSFETの一部を示す平面図であり、図(b)は
図(a)のA−A断面図である。1A is a plan view showing a part of a vertical power MOSFET according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view taken along the line AA of FIG.
【図2】本発明の第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する図である。FIG. 2 is a vertical power MOSF according to the first embodiment of the present invention.
It is a figure with which an ET manufacturing process is explained.
【図3】本発明の第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する断面図である。FIG. 3 is a vertical power MOSF according to the first embodiment of the present invention.
It is sectional drawing with which the manufacturing process of ET is demonstrated.
【図4】本発明の第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する要部断面図である。FIG. 4 is a vertical power MOSF according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part provided for explaining a manufacturing process of ET.
【図5】本発明の第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する要部断面図である。FIG. 5 is a vertical power MOSF according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part provided for explaining a manufacturing process of ET.
【図6】本発明の第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する要部平面図である。FIG. 6 is a vertical power MOSF according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view of a principal part for explaining the manufacturing process of the ET.
【図7】本発明の第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する図である。FIG. 7 is a vertical power MOSF according to the first embodiment of the present invention.
It is a figure with which an ET manufacturing process is explained.
【図8】本発明の第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する要部断面図である。FIG. 8 is a vertical power MOSF according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part provided for explaining a manufacturing process of ET.
【図9】本発明の第1実施例による縦型パワーMOSF
ETの製造工程の説明に供する要部断面図である。FIG. 9 is a vertical power MOSF according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part provided for explaining a manufacturing process of ET.
【図10】本発明の第1実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する要部断面図である。FIG. 10 is a vertical power MOS according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a main-portion cross-sectional view which is provided for describing a manufacturing process of an FET.
【図11】本発明の第1実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する要部断面図である。FIG. 11 is a vertical power MOS according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a main-portion cross-sectional view which is provided for describing a manufacturing process of an FET.
【図12】本発明の第1実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する要部断面図である。FIG. 12 is a vertical power MOS according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a main-portion cross-sectional view which is provided for describing a manufacturing process of an FET.
【図13】本発明の第1実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する図である。FIG. 13 is a vertical power MOS according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram which is used for describing a manufacturing process of the FET.
【図14】本発明の第1実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する図である。FIG. 14 is a vertical power MOS according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram which is used for describing a manufacturing process of the FET.
【図15】本発明の第1実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する要部断面図である。FIG. 15 is a vertical power MOS according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a main-portion cross-sectional view which is provided for describing a manufacturing process of an FET.
【図16】本発明の第1実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する図である。FIG. 16 is a vertical power MOS according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram which is used for describing a manufacturing process of the FET.
【図17】本発明の第1実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する図である。FIG. 17 is a vertical power MOS according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram which is used for describing a manufacturing process of the FET.
【図18】本発明の第1実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する要部断面図である。FIG. 18 is a vertical power MOS according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a main-portion cross-sectional view which is provided for describing a manufacturing process of an FET.
【図19】本発明の第1実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する要部断面図である。FIG. 19 is a vertical power MOS according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a main-portion cross-sectional view which is provided for describing a manufacturing process of an FET.
【図20】本発明の第1実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する要部断面図である。FIG. 20 is a vertical power MOS according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a main-portion cross-sectional view which is provided for describing a manufacturing process of an FET.
【図21】本発明の第1実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する要部断面図である。FIG. 21 is a vertical power MOS according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a main-portion cross-sectional view which is provided for describing a manufacturing process of an FET.
【図22】本発明の第1実施例による縦型パワーMOS
FETの製造工程の説明に供する要部断面図である。FIG. 22 is a vertical power MOS according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a main-portion cross-sectional view which is provided for describing a manufacturing process of an FET.
【図23】図(a)は従来の縦型パワーMOSFETの
一部を示す平面図であり、図(b)は図(a)のA−A
断面図である。FIG. 23 (a) is a plan view showing a part of a conventional vertical power MOSFET, and FIG. 23 (b) is a sectional view taken along the line AA of FIG.
It is sectional drawing.
【図24】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。FIG. 24 is a main-portion cross-sectional view which is provided for describing a manufacturing process of a conventional vertical power MOSFET.
【図25】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。FIG. 25 is a cross-sectional view of an essential part for explaining the manufacturing process of the conventional vertical power MOSFET.
【図26】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。FIG. 26 is a main-portion cross-sectional view which is provided for describing a manufacturing process of a conventional vertical power MOSFET.
【図27】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。FIG. 27 is a main-portion cross-sectional view which is provided for describing a manufacturing process of a conventional vertical power MOSFET.
【図28】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。FIG. 28 is a main-portion cross-sectional view which is provided for describing a manufacturing process of a conventional vertical power MOSFET.
【図29】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。FIG. 29 is a main-portion cross-sectional view which is provided for describing a manufacturing process of a conventional vertical power MOSFET.
【図30】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。FIG. 30 is a main-portion cross-sectional view which is provided for describing a manufacturing process of a conventional vertical power MOSFET.
【図31】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。FIG. 31 is a main-portion cross-sectional view which is provided for describing a manufacturing process of a conventional vertical power MOSFET.
【図32】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。FIG. 32 is a main-portion cross-sectional view which is provided for describing a manufacturing process of a conventional vertical power MOSFET.
【図33】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。FIG. 33 is a main-portion cross-sectional view which is provided for describing a manufacturing process of a conventional vertical power MOSFET.
【図34】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。FIG. 34 is a main-portion cross-sectional view which is provided for describing a manufacturing process of a conventional vertical power MOSFET.
【図35】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程の
説明に供する要部断面図である。FIG. 35 is a main-portion cross-sectional view which is provided for describing a manufacturing process of a conventional vertical power MOSFET.
1 n+ 型半導体基板 2 n- 型エピタキシャル層 4 n+ 型ソース層 5 チャネル 6 n- 型ドレイン層 7 JFET部 8 ゲート酸化膜 9 ゲート電極 16 p型ベース層 19 ソース電極 20 ドレイン電極 50 U溝 51 U溝の内壁 65 LOCOS酸化膜 601 酸化炉 603 ウエハボート 700 水溶液 702 放電室 703 反応室 704 遮光布1 n + type semiconductor substrate 2 n − type epitaxial layer 4 n + type source layer 5 channel 6 n − type drain layer 7 JFET part 8 gate oxide film 9 gate electrode 16 p type base layer 19 source electrode 20 drain electrode 50 U groove 51 U-groove inner wall 65 LOCOS oxide film 601 Oxidation furnace 603 Wafer boat 700 Aqueous solution 702 Discharge chamber 703 Reaction chamber 704 Light-shielding cloth
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 有一 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 戸倉 規仁 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Yuichi Takeuchi, 1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi Prefecture, Nihon Denso Co., Ltd. (72) In-house, Norihito Tokura, 1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi prefecture Within the corporation
Claims (26)
半導体層の主表面上に、所定領域に開口部を有するマス
クを形成するマスク形成工程と、 前記マスクの開口部を通して前記半導体層をケミカルド
ライエッチングし、前記半導体層に、前記開口部よりも
広い入口部分、前記主表面と略平行の底面、及び前記入
口部分と前記底面とをつなぐ側面、を有する第1の溝を
形成するケミカルドライエッチング工程と、 前記第1の溝を含む領域を酸化することにより、前記第
1の溝の表面に所定厚さの酸化膜を形成する酸化工程
と、 前記酸化膜に接する前記半導体層表面を含むように前記
主表面側から第2導電型の不純物を導入して前記半導体
層内に第2導電型のベース層を形成し、前記ベース層内
に前記主表面側から第1導電型の不純物を導入して第1
導電型のソース層を形成し、かかるソース層形成時に前
記ベース層の側壁にチャネル領域を形成する不純物導入
工程と、 前記酸化膜を除去して、前記第1の溝よりも深い所定深
さを有する第2の溝を形成する酸化膜除去工程と、 少なくとも前記ソース層と前記半導体層との間の前記第
2の溝表面にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成
し、前記ソース層及び前記ベース層に電気的に接触する
ソース電極を形成し、前記半導体基板に電気的に接触す
るドレイン電極を形成する電極形成工程とを含むことを
特徴とする半導体装置の製造方法。1. A mask forming step of forming a mask having an opening portion in a predetermined region on a main surface of a semiconductor layer of a first conductivity type arranged on a semiconductor substrate, and the semiconductor layer through the opening portion of the mask. By chemical dry etching to form a first groove in the semiconductor layer having an inlet portion wider than the opening, a bottom surface substantially parallel to the main surface, and a side surface connecting the inlet portion and the bottom surface. A chemical dry etching step, an oxidation step of oxidizing a region including the first groove to form an oxide film having a predetermined thickness on the surface of the first groove, and a surface of the semiconductor layer in contact with the oxide film A second conductivity type impurity is introduced from the main surface side to form a second conductivity type base layer in the semiconductor layer, and a second conductivity type base layer is formed in the base layer from the main surface side. Introducing impurities First
An impurity introducing step of forming a conductive type source layer and forming a channel region on the side wall of the base layer at the time of forming the source layer; and removing the oxide film to form a predetermined depth deeper than the first groove. An oxide film removing step of forming a second groove having; a gate electrode is formed on at least the surface of the second groove between the source layer and the semiconductor layer via a gate insulating film, and the source layer and the An electrode forming step of forming a source electrode in electrical contact with the base layer and a drain electrode in electrical contact with the semiconductor substrate.
方性エッチング工程であることを特徴とする請求項1記
載の半導体装置の製造方法。2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the chemical dry etching step is an isotropic etching step.
四フッ化炭素と酸素とを含むガス系でエッチングする工
程からなることを特徴とする請求項1乃至請求項2記載
の半導体装置の製造方法。3. The chemical dry etching process comprises:
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, comprising a step of etching with a gas system containing carbon tetrafluoride and oxygen.
CCl4 ,Cl2 ,SF6 ,CFCl3 ,CF2 C
l2 ,CF3 Cl,CHF3 ,C2 ClF5 ,F 2 ,N
F3 ,BCl3 の内の何れか一つもしくは複数を含むガ
ス系でエッチングする工程からなることを特徴とする請
求項1乃至請求項2記載の半導体装置の製造方法。4. The chemical dry etching step comprises:
CClFour, Cl2, SF6, CFCl3, CF2C
l2, CF3Cl, CHF3, C2ClFFive, F 2, N
F3, BCl3A moth containing any one or more of
A contract characterized by comprising a process of etching
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or claim 2.
電離されたガス雰囲気中において、前記半導体層の上方
での陰極降下が実質的にない状態で行われることを特徴
とする請求項1乃至請求項4記載の半導体装置の製造方
法。5. The chemical dry etching process comprises:
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is performed in an ionized gas atmosphere in a state where there is substantially no cathode drop above the semiconductor layer.
電離されたガス雰囲気中において、前記半導体層の上方
での陰極降下の絶対値が、10V未満の状態で行われる
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4記載の半導体装
置の製造方法。6. The chemical dry etching step comprises:
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an absolute value of cathode fall above the semiconductor layer is less than 10 V in an ionized gas atmosphere.
域を選択酸化することにより、前記第1の溝の表面、お
よび前記マスクと前記半導体基板との間に所定厚さの選
択酸化膜を形成する選択酸化工程からなり、 前記不純物導入工程は、前記選択酸化膜に接する前記半
導体層表面を含むように前記主表面側から前記第2導電
型の不純物を導入して前記半導体層内に第2導電型の前
記ベース層を形成し、前記ベース層内に前記主表面側か
ら前記第1導電型の不純物を導入して第1導電型の前記
ソース層を形成する工程からなり、 前記酸化膜除去工程は、前記選択酸化膜を除去して、前
記第1の溝よりも深い所定深さを有する第2の溝を形成
する選択酸化膜除去工程からなることを特徴とする請求
項1乃至請求項6記載の半導体装置の製造方法。7. The oxidizing step selectively oxidizes a region including the first groove to selectively oxidize a surface of the first groove and a predetermined thickness between the mask and the semiconductor substrate. In the semiconductor layer, the impurity introducing step comprises introducing the second conductivity type impurity from the main surface side so as to include the semiconductor layer surface in contact with the selective oxide film. Forming a base layer of a second conductivity type into the base layer, and introducing an impurity of the first conductivity type into the base layer from the main surface side to form the source layer of the first conductivity type, The oxide film removing step comprises a selective oxide film removing step of removing the selective oxide film to form a second groove having a predetermined depth deeper than the first groove. 7. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6.
程で形成した前記マスクを用いて選択酸化することを特
徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein in the selective oxidation step, the selective oxidation is performed using the mask formed in the mask formation step.
面、および前記マスクと前記半導体層との間に所定厚さ
の選択酸化膜を形成することを特徴とする請求項7乃至
請求項8記載の半導体装置の製造方法。9. The selective oxidation step forms a selective oxide film having a predetermined thickness between the surface of the first groove and the mask and the semiconductor layer. Item 9. A method of manufacturing a semiconductor device according to item 8.
ライエッチング工程により生じた前記第1の溝を含む領
域を選択酸化することにより、前記第1の溝表面に所定
厚さの第1の選択酸化膜を形成し、また前記マスクと前
記半導体基板との間に前記入口部分から遠ざかる程薄く
なる第2の選択酸化膜を形成する工程からなることを特
徴とする請求項7乃至請求項8記載の半導体装置の製造
方法。10. The selective oxidation step selectively oxidizes a region including the first groove formed by the chemical dry etching step, so that the surface of the first groove has a first selective oxidation of a predetermined thickness. 9. The method according to claim 7, further comprising: forming a film, and forming a second selective oxide film between the mask and the semiconductor substrate, the second selective oxide film becoming thinner as the distance from the entrance portion increases. Manufacturing method of semiconductor device.
記酸化膜の表面を水素で終端させながら前記酸化膜を除
去して、前記所定深さを有する前記第1の溝を形成した
後、前記水素で終端させた前記第1の溝表面を、酸素を
含む気体中で酸化させて前記第1の溝の表面に保護用の
酸化膜を形成する工程であることを特徴とする請求項1
乃至請求項10記載の半導体装置の製造方法。11. The oxide film removing step removes the oxide film while terminating the surface of the oxide film with hydrogen in an aqueous solution to form the first groove having the predetermined depth, 2. A step of oxidizing the surface of the first groove terminated with the hydrogen in a gas containing oxygen to form a protective oxide film on the surface of the first groove.
11. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10.
溶液中で前記酸化膜の表面に発生するダングリングボン
ドを水素で終端させながら、前記酸化膜を除去すること
を特徴とする請求項11記載記載の半導体装置の製造方
法。12. The oxide film removing step removes the oxide film while terminating dangling bonds generated on the surface of the oxide film with hydrogen in an aqueous solution containing hydrofluoric acid. 11. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 11.
に、所定領域に開口部を有するマスクを形成するマスク
形成工程と、 前記マスクの開口部を通して前記半導体基板をエッチン
グし、前記半導体基板に、前記開口部よりも広い入口部
分を有する第1の溝を形成するエッチング工程と、 前記第1の溝を含む領域を選択酸化することにより、前
記第1の溝の表面、および前記マスクと前記半導体基板
との間に所定厚さの選択酸化膜を形成する選択酸化工程
と、 前記選択酸化膜の側面に接する前記半導体基板表面を含
むように前記主表面側から第2導電型の不純物を拡散さ
せて第2導電型のベース層を形成し、前記ベース層内に
前記主表面側から第1導電型の不純物を拡散させて第1
導電型のソース層を形成し、前記ベース層の側壁にチャ
ネルを形成する不純物導入工程と、 水溶液中で前記選択酸化膜の表面を水素で終端させなが
ら前記選択酸化膜を除去して、前記第1の溝よりも深い
所定深さを有する第2の溝を形成した後、前記水素で終
端させた前記第2の溝表面を、酸素を含む気体中で酸化
させて前記第2の溝の表面に保護用の酸化膜を形成する
選択酸化膜除去工程と、 前記第2の溝表面にゲート酸化膜を介してゲート電極を
形成し、前記ソース層及び前記ベース層に電気的に接触
するソース電極を形成し、前記半導体基板の他主面側に
電気的に接触するドレイン電極とを形成する電極形成工
程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。13. A mask forming step of forming a mask having an opening in a predetermined region on a main surface of a semiconductor substrate of the first conductivity type, the semiconductor substrate being etched through the opening of the mask, the semiconductor substrate An etching step of forming a first groove having an entrance portion wider than the opening, and selectively oxidizing a region including the first groove to form a surface of the first groove and the mask. A selective oxidation step of forming a selective oxide film having a predetermined thickness with the semiconductor substrate; and a second conductivity type impurity from the main surface side so as to include the surface of the semiconductor substrate in contact with a side surface of the selective oxide film. A second conductive type base layer is formed by diffusing, and a first conductive type impurity is diffused into the base layer from the main surface side.
An impurity introduction step of forming a conductive type source layer and forming a channel on the side wall of the base layer, and removing the selective oxide film while terminating the surface of the selective oxide film with hydrogen in an aqueous solution, After forming a second groove having a predetermined depth deeper than the first groove, the surface of the second groove terminated by the hydrogen is oxidized in a gas containing oxygen to form a surface of the second groove. A selective oxide film removing step of forming a protective oxide film on the source electrode, and a source electrode electrically contacting the source layer and the base layer by forming a gate electrode on the surface of the second groove through the gate oxide film And an electrode forming step of forming a drain electrode in electrical contact with the other main surface side of the semiconductor substrate.
このゲート酸化膜上にゲート電極を形成するゲート電極
形成工程と、 前記ソース層および前記ベース層にともに電気的に接触
するソース電極を形成し、前記半導体基板の他主面側に
電気的に接触するドレイン電極とを形成するソース・ド
レイン電極形成工程とからなることを特徴とする請求項
1乃至請求項13記載の半導体装置の製造方法。14. The step of forming an electrode comprises oxidizing an inner wall of the second groove to form a gate oxide film,
A gate electrode forming step of forming a gate electrode on the gate oxide film, forming a source electrode in electrical contact with both the source layer and the base layer, and electrically contacting the other main surface side of the semiconductor substrate. 14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a source / drain electrode forming step of forming a drain electrode for forming the semiconductor device.
膜と自己整合的に前記主表面側から前記第2導電型の不
純物を拡散させて前記第1の溝表面に前記ベース層を形
成し、また前記選択酸化膜と自己整合的に前記主表面側
から前記ベース層内に前記第1導電型の不純物を拡散さ
せることで前記ソース層を形成することを特徴とする請
求項7乃至請求項14記載の半導体装置の製造方法。15. The impurity introducing step diffuses the second conductivity type impurity from the main surface side in a self-aligned manner with the selective oxide film to form the base layer on the surface of the first groove, 15. The source layer is formed by diffusing the impurity of the first conductivity type into the base layer from the main surface side in a self-aligning manner with the selective oxide film. A method for manufacturing a semiconductor device as described above.
記酸化膜の表面には光が照射されない状態で前記酸化膜
を除去する工程であることを特徴とする請求項1乃至請
求項15記載の半導体装置の製造方法。16. The semiconductor according to claim 1, wherein the oxide film removing step is a step of removing the oxide film in a state where at least the surface of the oxide film is not irradiated with light. Device manufacturing method.
られた第2の溝の側面のチャネル形成部の面方位が{1
10}面,{100}面の何れか一つとなるように前記
酸化膜を除去する工程であることを特徴とする請求項1
乃至請求項16記載の半導体装置の製造方法。17. The semiconductor layer is made of silicon, and in the oxide film removing step, the surface orientation of the channel forming portion on the side surface of the second groove obtained by removing the oxide film is {1.
2. The step of removing the oxide film so as to form either one of the 10} plane and the {100} plane.
17. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16.
られた第2の溝の側面のチャネル形成部の面方位が{1
11}面となるように前記酸化膜を除去する工程である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項16記載の半導体
装置の製造方法。18. The semiconductor layer is made of silicon, and in the oxide film removing step, the surface orientation of the channel formation portion on the side surface of the second groove obtained by removing the oxide film is {1.
17. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, which is a step of removing the oxide film so as to form a {11} plane.
大きい溶液で前記酸化膜を除去する工程であることを特
徴とする請求項18記載の半導体装置の製造方法。19. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 18, wherein the oxide film removing step is a step of removing the oxide film with a solution having a pH of more than 4.
エッチングと該ケミカルドライエッチングの後にLOC
OS酸化を施すことにより形成されるとともに、所定の
入口幅を有する入口、前記主表面と略平行な面を有する
底面、及び前記入口と前記底面とを連続的に結ぶ側面、
からなる溝部と、 前記溝部における前記側面を含み、前記主表面側から所
定深さまで形成された第2導電型のベース層と、 前記ベース層内における前記主表面側に形成され、前記
溝部における前記側面にチャネル領域を形成させるソー
ス層と、 前記溝部の前記側面及び前記底面を含む領域に、ゲート
絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを備えることを
特徴とする半導体装置。20. A semiconductor substrate of a first conductivity type, a chemical dry etching formed on the main surface side of the semiconductor substrate, and a LOC after the chemical dry etching.
An inlet having a predetermined inlet width, a bottom surface having a plane substantially parallel to the main surface, and a side surface continuously connecting the inlet and the bottom surface, which is formed by performing OS oxidation.
A second conductive type base layer formed to a predetermined depth from the main surface side, including a side surface of the groove portion, and a groove part formed in the base layer on the main surface side. A semiconductor device comprising: a source layer for forming a channel region on a side surface; and a gate electrode formed in a region including the side surface and the bottom surface of the groove portion via a gate insulating film.
幅の1/2以下の深さを有することを特徴とする請求項
20記載の半導体装置。21. The semiconductor device according to claim 20, wherein the groove has a depth from the main surface that is ½ or less of the entrance width.
0}面であることを特徴とする請求項20乃至請求項2
1記載の半導体装置。22. The plane orientation of the semiconductor substrate is {10.
20} to claim 2 which are 0 planes.
1. The semiconductor device according to 1.
記ソース層はそれぞれシリコンからなり、更に前記溝部
の前記側面における前記チャネル領域の面方位は、{1
11}面もしくは{111}面に近い面であることを特
徴とする請求項20乃至請求項22記載の半導体装置。23. The semiconductor substrate, the base layer, and the source layer are each made of silicon, and the plane direction of the channel region on the side surface of the groove is {1.
23. The semiconductor device according to claim 20, which is a surface close to the 11} plane or the {111} plane.
記ソース層はそれぞれシリコンからなり、更に前記溝部
の前記側面における前記チャネル領域の面方位は、{1
10}面、{110}面に近い面、{100}面、{1
00}面に近い面の何れか一つの面であることを特徴と
する請求項20乃至請求項21記載の半導体装置。24. The semiconductor substrate, the base layer and the source layer are each made of silicon, and the plane direction of the channel region on the side surface of the groove is {1.
10} plane, plane close to {110} plane, {100} plane, {1
22. The semiconductor device according to claim 20, wherein the semiconductor device is any one of the surfaces close to the {00} surface.
ルドライエッチングして初期溝を形成し、その後、前記
初期溝を含む領域を酸化することにより前記初期溝の表
面に所定厚さの酸化膜を形成し、前記酸化膜をエッチン
グ除去することで形成されたものであることを特徴とす
る請求項20記載の半導体装置。25. The groove portion is formed by chemically dry etching the semiconductor substrate to form an initial groove, and then oxidizing a region including the initial groove to form an oxide film having a predetermined thickness on a surface of the initial groove. 21. The semiconductor device according to claim 20, wherein the semiconductor device is formed by removing the oxide film by etching.
特徴とする請求項20記載の半導体装置。26. The semiconductor device according to claim 20, wherein the groove has a bathtub shape.
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